《电感传感器》ppt课件

1、 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation第四章 电感式传感器第一节第一节 自感式电感传感器自感式电感传感器 电感式传感器的根本原理是将被丈量电感式传感器的根本原理是将被丈量的变化转换成线圈电感量自感或互感的变化转换成线圈电感量自感或互感的变化，再经过转换电路变成电信号输出。的变化，再经过转换电路变成电信号输出。先看一个实验：先看一个实验： 将一只将一只380V380V交流接触器线圈与交流毫安表交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的串联后，接到机床用控制变压器的36V36V交流电交流电压源上，如图压源上，如图4-14-1所示。

2、这时毫安表的示值约所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手渐渐将接触器的活动铁心为几十毫安。用手渐渐将接触器的活动铁心称为衔铁往下按，我们会发现毫安表的读称为衔铁往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。 1.变间隙型：变间隙型：2.变面积型变面积型3.螺线管型螺线管型4.差动型差动型 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感传感器的根本任务原理演示电感传感器的根本任务原理演示F F220V预备任务预备任

3、务 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感传感器的根本任务原理演示电感传感器的根本任务原理演示气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F2LU UUIZ XfL 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation一、自感式电感传感器的任务原理一、自感式电感传感器的任务原理 一变间隙型电感传感器一变间隙型电感传感器 AAlAlRm022112AAlAlNRNLm02211222 磁路总磁阻：磁路总磁阻：故：故：1200 思索铁磁资料的磁阻相对很小，那么：思索铁磁资料的磁阻相对很小，

4、那么：220202ANANL特点：灵敏、线特点：灵敏、线性差、装配难性差、装配难可见：传感器的灵敏度随气隙的增大而减小。为了改善非线性，气隙的相对变化量要很小，但过小又将影响丈量范围。-因此变隙式电感式传感器适用于丈量微小位移的场所 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二变面积型电感传感器二变面积型电感传感器220202ANANL仍有：仍有：两种传感器的特性曲线两种传感器的特性曲线特点：灵敏稍特点：灵敏稍差、线性较好、差、线性较好、量程大。量程大。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电

5、感传感器的输出特性a变隙式电感传感器的-L特性曲线 b变面积式电感传感器的A-L特性曲线1实践输出特性 2理想输出特性 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation三螺管型电感式传感器三螺管型电感式传感器线圈线圈衔铁衔铁0mal)1(422222aamrlrllNL总长总长线圈半径线圈半径插入长度插入长度衔铁半径衔铁半径特点：灵敏稍差、线性好、特点：灵敏稍差、线性好、量程大、易批量消费，运用量程大、易批量消费，运用广泛。广泛。有效磁导率有效磁导率 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation四差动式电感

6、传感器四差动式电感传感器 构造要求：两个线圈几何尺寸完全一样构造要求：两个线圈几何尺寸完全一样 铁心安装完全对称。铁心安装完全对称。 特点：提高灵敏度、改善线性度、可以补偿温度变化、特点：提高灵敏度、改善线性度、可以补偿温度变化、电源频率变化的影响。电源频率变化的影响。+L-L螺线管型螺线管型变间隙型变间隙型变面积型变面积型+L-L+L-L 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二、自感式电感传感器的丈量电路二、自感式电感传感器的丈量电路-交流电交流电桥桥一电阻平衡臂电桥一电阻平衡臂电桥 LZ思索：思索：输出对称电桥，单臂丈量时：输出对称电桥

7、，单臂丈量时：ZZUU40双臂差动丈量时：双臂差动丈量时：022UZULUZL+L-L12jwLZZZRwLR可见：输出电压与电感的相对变化量呈近似正比关系。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二变压器式电桥二变压器式电桥220UUUZ21122ZZZZU2221UZZZU+Z-Z当衔铁上移，使当衔铁上移，使Z1=Z+Z，Z2=Z-Z时，时，ZZUU20反之：反之：02UZUZ由于是交流电，所以要经过适当电路由于是交流电，所以要经过适当电路才干判别衔铁位移的大小和方向才干判别衔铁位移的大小和方向 轨道交通学院轨道交通学院 School o

8、f Railway Transportation* * 一种带有相敏整流的交流电桥一种带有相敏整流的交流电桥电压表读数大小反映衔铁电压表读数大小反映衔铁的位移；电压表极性反映的位移；电压表极性反映挪动方向。挪动方向。+L-L交交流流电电源源电电源源指指示示 衔铁在中间位置时衔铁在中间位置时,无论无论正负半周，正负半周，C、D两点等电位，两点等电位，电桥平衡，输出电桥平衡，输出UCD=0V。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation当衔铁上移，当衔铁上移，D D点将比点将比C C点电位高，以为电压表正偏。点电位高，以为电压表正偏。24221111

9、CCABCCABDBCBCDZRZZUZRZZUUUU+ +- -Z1Z2电源正半周电源正半周电路分析电路分析当衔铁上移当衔铁上移+L-L降低升高 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation当衔铁上移，负半周当衔铁上移，负半周D D也比也比C C点电位高，电压表仍正偏。：点电位高，电压表仍正偏。：+L-L+ +- -Z1Z2电源负半周电源负半周电路分析电路分析当衔铁上移当衔铁上移22111322ZRZZUZRZZUUUUCCBACCBABCBDCD 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation结论：无

10、论正负半周，只需衔铁上移，电压表头就正转。结论：无论正负半周，只需衔铁上移，电压表头就正转。 位移越多，指针偏转越大。位移越多，指针偏转越大。同理：无论正负半周，只需衔铁下移，电压表头就反转。同理：无论正负半周，只需衔铁下移，电压表头就反转。 位移越多，指针偏转越大。位移越多，指针偏转越大。三紧耦合电感臂电桥三紧耦合电感臂电桥该电路实际分析略。该电路实际分析略。可以消除与电感臂并联的可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响分布电容对输出信号的影响 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation第二节第二节 差动变压器差动变压器一、任务原理一、任

11、务原理22212EEE当铁心位于正中，当铁心位于正中，02E当铁心左移，当铁心左移，E2E2增大增大原边原边副边副边1 1副边副边2 2* * * *+ + +- - -留意同名端留意同名端当铁心右移，当铁心右移，E2E2减小减小因两个副边反向串联因两个副边反向串联一次绕组一次绕组原边原边二次绕组二次绕组- -副边副边1 1二次绕组二次绕组-副边副边2铁心铁心 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation21211212)()(LRUMMEE2E2的计算：的计算： 差动变压器的输出特性曲线：差动变压器的输出特性曲线： 差动变压差动变压器运转中存在器

12、运转中存在的问题：的问题： 零点剩余零点剩余电动势电动势主要是由传感主要是由传感器的两个二次器的两个二次绕组的电气参绕组的电气参数和几何尺寸数和几何尺寸不对称，以及不对称，以及磁性资料的非磁性资料的非线性等引起的。线性等引起的。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation减小零点剩余电动势的方法：减小零点剩余电动势的方法：1.1.从制造工艺上减小剩余电动势。从制造工艺上减小剩余电动势。2.2.选择利于消除剩余电动势的丈量电路，如相敏整流电路选择利于消除剩余电动势的丈量电路，如相敏整流电路3.3.采用补偿电路采用补偿电路, ,调整元件参数调整元件参

13、数, ,消除剩余电动势。消除剩余电动势。减小剩余电动势的减小剩余电动势的补偿电路补偿电路 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二、差动变压器的丈量电路二、差动变压器的丈量电路一差动相敏检波电路一差动相敏检波电路交交流流电电源源同相或反相设同相同相或反相设同相输出输出 当铁心位于正中时，电路当铁心位于正中时，电路对称，输出交流，平均为对称，输出交流，平均为0 0。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电压输出：电压输出：EUU20EU普通来说：普通来说：电源正半周电路分析电源正半周电路分析

14、当衔铁下移当衔铁下移E2+ +- -EEee- -+ + + +- - - 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电压输出：电压输出：EUU20平均为负。平均为负。结论：衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，平均输出为正！结论：衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，平均输出为正！电源负半周电路分析电源负半周电路分析当衔铁下移当衔铁下移eeE2EE2/U2/U+ +- -+ + +- - - 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二差动整流电路二差动整流电路e-e-e e电路电路e+e+e ee e+

15、 +- - -+ + +- -e-e-e ee+e+e e简单电路简单电路+ +- -e e+ + +- - -差动放大差动放大差动放大差动放大衔铁下移，输出为正；衔铁下移，输出为正；衔铁上移，输出为负！衔铁上移，输出为负！ 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation三、电感式传感器的运用三、电感式传感器的运用一位移丈量一位移丈量电感测微仪电感测微仪-LL直直流流电电压压交交流流电电源源 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation轴向式电感测微器的外形轴向式电感测微器的外形 航空插头航空插头红宝石测

16、头红宝石测头电感测微仪的电感测微仪的轴向测试头轴向测试头引线引线线圈线圈衔铁衔铁弹簧弹簧导杆导杆测端测端 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation其他电感测微头其他电感测微头 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation模拟式及数字式电感测模拟式及数字式电感测微仪微仪 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二力和压力丈量二力和压力丈量衔铁衔铁线圈线圈线圈线圈罩壳罩壳插座插座膜膜盒盒接接头头弹性弹性体体差动变压器式力传感器和微压力传感器差动变压器式力

17、传感器和微压力传感器差动变压器差动变压器 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation压力丈量用的膜盒压力丈量用的膜盒 膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片周膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片周围固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低围固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此可以将压力变换为直线位移。的一侧，因此可以将压力变换为直线位移。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation三振动和加速度丈量三振动和

18、加速度丈量四液位丈量四液位丈量衔铁衔铁差动差动变压器变压器弹簧弹簧壳体壳体差动变压器液位变化，引起沉筒所受浮力的变化，进而引起衔铁的位移弹簧受力变形，与其衔接的衔铁的位移反映了振动的幅度、频率以及加速度的大小 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation五、电感式滚柱直径分选安装五、电感式滚柱直径分选安装 11气缸气缸 2 2活塞活塞 3 3推杆推杆 4 4被测滚柱被测滚柱 5 5落料管落料管 66电感测微器电感测微器 7 7钨钢测头钨钢测头 8 8限位挡板限位挡板 9 9电磁翻板电磁翻板 1010容器料斗容器料斗 轨道交通学院轨道交通学院 Sch

19、ool of Railway Transportation电感式滚柱直径分选安装电感式滚柱直径分选安装 测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感式滚柱直径分选安装外形电感式滚柱直径分选安装外形 滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形参考中原量仪股份资料参考中原量仪股份资料 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感式滚柱直径分选电感式滚柱直径分选安装外形安装外形落料振动台落料振动台滑道滑道11个分选仓位个分选仓位参考无锡市通达参考无锡市通达滚子资料滚

20、子资料废料仓废料仓 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感式滚柱直径分选安装机械构造放大电感式滚柱直径分选安装机械构造放大汽缸汽缸控制键盘控制键盘直径测微安装直径测微安装长度测微安装长度测微安装滑道滑道 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation六、电感传感器在仿形机床中的运用六、电感传感器在仿形机床中的运用 1 1规范靠容貌板规范靠容貌板 2 2测端靠模轮测端靠模轮 3 3电感测微器电感测微器 4 4铣刀龙门框架铣刀龙门框架 5 5立柱立柱 6 6伺服电动机伺服电动机 7 7铣刀铣刀 8

21、8毛坯毛坯 电感测微器电感测微器 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation仿形铣床外形仿形铣床外形 仿形机床采用仿形机床采用 闭环任务方式闭环任务方式仿形头仿形头主主轴轴 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation七、电感式不圆度计原理七、电感式不圆度计原理 该圆度计采用旁向式电感测微头该圆度计采用旁向式电感测微头 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感式不圆度测试系统电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头 轨道交通学院轨道交通

22、学院 School of Railway Transportation电感式不圆度丈量系统外形电感式不圆度丈量系统外形参考洛阳汇智测控技术资料参考洛阳汇智测控技术资料旋转盘旋转盘丈量头丈量头 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation不圆度丈量打印不圆度丈量打印 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电感式轮廓仪电感式轮廓仪 旁向式旁向式电感电感 测微头测微头 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation八、电感传感器在粗糙度丈量中的运用八、电感传感

23、器在粗糙度丈量中的运用 手持式粗糙度仪手持式粗糙度仪 触针: 金刚石圆锥；针尖圆弧半径：5m；可存储500个粗糙度参数值及4组轮廓数据；可进展粗糙度参数的打印；可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂外表进展测试；金刚石测金刚石测头头 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation粗糙度丈量结果打印粗糙度丈量结果打印1 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation粗糙度丈量结果打印粗糙度丈量结果打印2 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation第三节电涡流式传

24、感器第三节电涡流式传感器利用涡流效应原理制造的传感器。当经过金属体的磁通发生变化利用涡流效应原理制造的传感器。当经过金属体的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是电涡流。电涡流的产生必然要耗费一部分能量，从而的，这就是电涡流。电涡流的产生必然要耗费一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这种物理景象称为涡流效应。使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这种物理景象称为涡流效应。当电涡流线圈与金当电涡流线圈与金属板的间隔属板的间隔x 减小减小时，电涡流线圈的时，电涡流线圈的等效电感等效电感L 减小，减小，

25、等效电阻等效电阻R 增大。增大。感抗感抗XL 的变化比的变化比 R 的变化的变化 大大 得得 多，多，流过电涡流线圈的流过电涡流线圈的电流电流 i1 增大。增大。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电涡流的运用电涡流的运用 在我们日常生活中经常可以遇到在我们日常生活中经常可以遇到 干净、干净、高效的高效的 电磁炉电磁炉 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation电磁炉内部的励磁线圈电磁炉内部的励磁线圈 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation

26、电磁炉的任务原理电磁炉的任务原理 高频电流高频电流经过励磁经过励磁线圈，产线圈，产生交变磁生交变磁场，在铁场，在铁质锅底会质锅底会产生无数产生无数的电涡流，的电涡流，使锅底自使锅底自行发热，行发热，烧开锅烧开锅 内内 的的 食食 物。物。 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation一、电涡流式传感器的复阻抗一、电涡流式传感器的复阻抗222222212222222111)()(LLRMLjRLRMRIUZZ等效电阻等效电阻R R等效电感等效电感L L原理图原理图等效电路等效电路等效等效阻抗阻抗间隔间隔 互感互感M M 轨道交通学院轨道交通学院 Sc

27、hool of Railway Transportation二、高频反射式电涡流传感器二、高频反射式电涡流传感器金金属属物物体体 高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导体高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导体之间的磁性耦合程度的变化丈量间隔。之间的磁性耦合程度的变化丈量间隔。 金属物体的电导率越高，丈量灵敏度越高。金属物体的电导率越高，丈量灵敏度越高。线圈线圈框架框架框架框架衬套衬套固定螺母固定螺母电缆电缆 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation三、低频透射式电涡流传感器三、低频透射式电涡流传感器接纳线圈接纳线圈发射线圈发射线圈涡流及涡流及

28、磁场磁场 金属板越厚，接纳侧磁场越弱，接纳线圈的感应电压金属板越厚，接纳侧磁场越弱，接纳线圈的感应电压u2 u2 越小。发射线圈的电源频率取越小。发射线圈的电源频率取1kHz1kHz左右。左右。发射发射磁场磁场接纳侧接纳侧磁场磁场teu2)(ft 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation四、丈量电路四、丈量电路一电桥电路一电桥电路ZZ两个差动两个差动涡流线圈涡流线圈 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation二谐振法丈量电路二谐振法丈量电路LCf210CRLZ0并联谐振的谐振频率：并联谐振的谐振频

29、率：并联谐振时的阻抗最大：并联谐振时的阻抗最大： 线圈电感的变化，会引起线圈电感的变化，会引起1 1振荡电路阻抗变化；振荡电路阻抗变化； 2 2谐振频率变化。谐振频率变化。因此，丈量这两种的任一种都可以测出电感量的变化。因此，丈量这两种的任一种都可以测出电感量的变化。1 1调幅式丈量电路调幅式丈量电路L ZL Z变化变化 输出变化输出变化 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation2 2调频式丈量电路调频式丈量电路L L 振荡频率变化振荡频率变化传感器传感器分布分布电容电容 轨道交通学院轨道交通学院 School of Railway Transportation五、电涡流式传感器的运用五、电涡流式传感器的运用一丈量位移一丈量位移被测零件被测零件涡流传感器涡流传感器被测零件被测零件涡流传感器涡流传感器涡流传感器