项目三电感式传感器学习教案

1、会计学1第一页，共60页。第1页/共59页第二页，共60页。第2页/共59页第三页，共60页。自感(z n)式传感器结构图第3页/共59页第四页，共60页。自感式传感器的工作(gngzu)原理示意图第4页/共59页第五页，共60页。当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路(c l)中磁阻的函数，只要改变 或S均可导致电感变化。因此变磁阻式传感器又可分为变气隙 厚度的传感器和变气隙面积S的传感器。变气隙式自感(z n)传感器结构线圈铁心衔铁由于(yuy)可得：磁路的总磁阻可表示为：近似计算出线圈的电感量为：第5页/共59页第六页，共60页。(z n)第6页/共59页第七页，共60页。变面积(min

2、 j)式自感传感器：灵敏度为：由于漏感等原因，其线性区范围较小，灵敏度也较低，因此，在工业(gngy)中应用得不多。衔铁铁芯线圈变面积式自感(z n)传感器结构第7页/共59页第八页，共60页。lrx2ra线圈衔铁螺管型电感(din n)传感器螺管式自感(z n)传感器：传感器工作时，衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺管线圈电感(din n)量的变化。对于长螺管线圈lr，当衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的，线圈电感(din n)量L与衔铁的插入深度l大致上成正比。这种传感器结构简单，制作容易，灵敏度较低，适用于测量较大的位移量。第8页/共59页第九页，共60页。第9页/共

3、59页第十页，共60页。第10页/共59页第十一页，共60页。(a)变气隙式； （b）变面积(min j)式； （c）螺管式差动式自感传感器第11页/共59页第十二页，共60页。变气隙式差动式自感(z n)传感器结构剖面图第12页/共59页第十三页，共60页。自感系数(z n x sh)特性曲线图第13页/共59页第十四页，共60页。差动式与单线圈电感式传感器相比，具有以下优点。（1）线性度高。（2）灵敏度高，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍。（3）温度(wnd)变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小。（4）电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而减小。第14页/

4、共59页第十五页，共60页。第15页/共59页第十六页，共60页。变压器电桥(din qio)变压器式电桥如图所示，它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组，当负载(fzi)阻抗无穷大时输出电压为： UU/2U/2U0Z1Z2当衔铁下移时，Z1=Z-Z，Z2=Z+Z，则有：同理，当衔铁上移时，有：当衔铁处于中间位置时，L1=L2=L0，Z1=Z2=Z0，此时桥路平衡，输出电压U0=0。输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，由于是交流信号，实际上无法判别输出的相位和位移的方向。第16页/共59页第十七页，共60页。带相敏整流的电桥(din qio)电路输出电压经相敏检波(jinb)可以反映出位移的大小和

5、方向。VD4VVD1VD2VD3R1R2U0UZ1Z2当差动式自感电感传感器处于中间位置时，Z1=Z2=Z，输出电压U0为零。当衔铁移动使Z1增加，则Z2减小，当电源U上正下负时，电阻R2上的压降大于R1上的压降。第17页/共59页第十八页，共60页。带相敏整流的电桥(din qio)电路VD4VVD1VD2VD3R1R2U0UZ1Z2当电源U下正上负时，电阻R1上的压降大于R2上的压降，则电压表有输出(shch)，输出(shch)电压下正上负。反之，当Z2增加，Z1减小时，U上正下负，R1上压降大于R2上压降。U上负下正时(zhn sh)，R2上压降大于R1上压降，电压表也有输出，输出电压上

6、正下负。第18页/共59页第十九页，共60页。 调频电路的基本原理是：传感器电感的变化引起(ynq)输出电压频率f的变化。一般把传感器电感线圈L和一个固定电容C接入一个振荡电路中，其振荡频率为： 当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小(dxio)即可测出被测量的值。 f和L的特性曲线具有严重的非线性关系，要求后续电路做适当线性化处理。第19页/共59页第二十页，共60页。 调相电路的基本原理是，传感器电感的变化将引起输出(shch)电压相位 的变化。第20页/共59页第二十一页，共60页。1.电感式滚柱直径(zhjng)分选装置电感式滚柱直径(zhjng)分选装置实物第21页/共59页第二

7、十二页，共60页。电感式滚柱直径(zhjng)分选装置结构原理第22页/共59页第二十三页，共60页。变气隙式差动电感(din n)压力传感器第23页/共59页第二十四页，共60页。第24页/共59页第二十五页，共60页。第25页/共59页第二十六页，共60页。压器，通常可测到几秒的微小位压器，通常可测到几秒的微小位移。移。非电量测量中，应用最多的是螺线非电量测量中，应用最多的是螺线式差动变压器，它可以测量范围式差动变压器，它可以测量范围内的机械位移，并具有测量精度内的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。可靠等优点。第26页/共59页第二

8、十七页，共60页。(e)、(f) 变截面(jimin)式差动变压器 (a)、(b) 变间隙(jin x)式差动变压器(c)、(d) 螺线管式差动变压器第27页/共59页第二十八页，共60页。第28页/共59页第二十九页，共60页。螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和五节(w ji)式等形式。图4.12 差动变压器线圈各种( zhn)排列形式1 一次线圈；2 二次线圈；3 衔铁(a) 二节式 (b) 三节(snji)式 (c) 四节式 (d) 五节式31121 2112212123三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度

9、。第29页/共59页第三十页，共60页。三段式螺管差动变压器结构(jigu)示意图 将两个匝数相等的次级绕组的同名端反向串联，当初级绕组加以激磁电压时，根据变压器的作用原理在两个次级绕组和中就会产生感应电势; 如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，输出电压为零。 当活动衔铁向某一个次级线圈方向移动时，则该次级线圈内磁通增大(zn d)，使其感应电势增加，差动变压器有输出电压，其数值反映了活动衔铁的位移。第30页/共59页第三十一页，共60页。差动变压器的等效电路U1L21U2L22E22E21R22R21R1M1M2螺线管式差动变压器等效电路如图，二次线圈开路(ki

10、l)时，一次线圈的电流为：二次绕组(roz)的感应动势为为：其有效值为：输出阻抗(sh ch z kn)为：第31页/共59页第三十二页，共60页。三段式螺管差动变压输出电压(diny)曲线如图所示。差动变压器输出(shch)电压曲线第32页/共59页第三十三页，共60页。 差动变压器的输出电压是调幅波，为辨别衔铁的移动方向，要进行解调。常用解调电路有：差动相敏检波与差动整流电路。采用解调电路还可以消除零位电压。 1.差动相敏检波电路 差动相敏检波的形式(xngsh)很多，相敏检波电路要求参考电压与差动变压器次级输出电压的频率相同，相位相同或相反；因此常接入移相电路。为了提高检波效率，参考电压

11、幅值取为信号的。第33页/共59页第三十四页，共60页。移相器RP第34页/共59页第三十五页，共60页。2.差动整流电路 差动整流电路简单，不需参考电压，不需要考虑相位调整和零位(ln wi)电压影响，对感应和分布电容影响不敏感。经差动整流后变成直流输出便于远距离输送。第35页/共59页第三十六页，共60页。全波整流(zhngli)电路和波形图(a)e1RRcabhgfdeUSC衔铁在零位以下eabttteabttteabtecdtUSCtecdUSCUSCecd衔铁在零位以上衔铁在零位(b)第36页/共59页第三十七页，共60页。差动整流(zhngli)电路根据半导体二级管单向导通原理进行

12、解调的。如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“”，e点为“”，则电流路径是fgdche（参看图a）。反之，如f点为“”，e点为“”，则电流路径是ehdcgf。可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R的电流总是从d到c。同理可分析另一个次级线圈的输出情况。输出的电压波形见图（b），其值为USC=eabecd。第37页/共59页第三十八页，共60页。u差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可测量与位移有关的任何机械(jxi)量，如力、力矩、压力、压差、振动、加速度、应变、液位等。 u1.力和力矩的测量差动变压器式力传感器第38页/共59页第三十九页，共60页。2.压力

13、(yl)测量将差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧(tnhung)管等）相结合，可以组成各种形式的压力传感器。这种变送器可分档测量(cling)(51056105)N/m2压力，输出信号电压为(050)mV，精度为1.5级。220V1接头 2 膜盒 3 底座 4 线路板 5 差动变压器 6 衔铁 7 罩壳V振荡器稳压电源差动变压器相敏检波电路1234567第39页/共59页第四十页，共60页。3.加速度传感器 用于测定振动物体的频率和振幅时其激励频率必须是振动频率的十倍以上，才能得到精确的测量(cling)结果。可测量(cling)的振幅为(0.15)mm，振动频率为(0150)Hz。稳

14、压电源振荡器检波器滤波器(b)(a)220V加 速 度 a 方 向(fngxing)a输 出(shch)1211 弹性支承 2 差动变压器第40页/共59页第四十一页，共60页。量程范围为量程范围为300m800mm。第41页/共59页第四十二页，共60页。电涡流(wli)式传感器示意图第42页/共59页第四十三页，共60页。根据(gnj)等效电路列出电路方程组为：可得传感器的等效(dn xio)阻抗为：传感器的等效(dn xio)电感为：电涡流传感器等效电路图MR1R2L2L1U1I1I2第43页/共59页第四十四页，共60页。电涡流(wli)传感器的内部结构第44页/共59页第四十五页，共

15、60页。电涡流(wli)传感器实物图第45页/共59页第四十六页，共60页。调幅式电路(dinl)结构第46页/共59页第四十七页，共60页。调频式电路(dinl)的结构 当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。 如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将 转换(zhunhun)为电压 。第47页/共59页第四十八页，共60页。通过励磁线圈，产生交变磁场；通过励磁线圈，产生交变磁场；在铁质锅底会产生无数的电涡流，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食使锅底自行发热，烧开锅内的食物。

16、物。第48页/共59页第四十九页，共60页。电磁炉工作(gngzu)示意图电磁炉内部(nib)励磁线圈第49页/共59页第五十页，共60页。电涡流(wli)探雷器的实物图第50页/共59页第五十一页，共60页。电感式接近开关的原理(yunl)框图第51页/共59页第五十二页，共60页。电涡流接近(jijn)开关实物第52页/共59页第五十三页，共60页。电涡流接近开关的接线(ji xin)方式第53页/共59页第五十四页，共60页。低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。发射线圈W1和接收线圈W2分别放在被测材料G的上下，低频电压e1加到线圈W1的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料

17、G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿W2的磁力线减少，从而使W2产生的感应电势e2减小。 e2的大小与G的厚度及材料性质有关，实验证明(zhngmng)，e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按e2的变化便可测得材料的厚度。第54页/共59页第五十五页，共60页。高频(lMHz)激励电流，产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于集肤效应，在金属板表面将形成涡电流。与此同时，该涡流(wli)产生的交变磁场又反作用于线圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化，其变化与距离、金属板的电阻率、磁导率、激励电流i，及角频率等有关，若只改变距离而保持其他系数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流(wli)传感器多用于位移测量。 第55页/共59页第五十六页，共60页。a)径向振动(zhndng)测量 b)轴心轨迹(guj)测量 第56页/共59页第五十七页，共60页。c)转速(zhun s)测量 d)穿透(chun tu)式测厚 第57页/共59页第五十八页，共60页。e)零件(ln jin)计数