第六讲 电感式传感器课件

1、第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器目录1电感电感传感器测量电路传感器测量电路23电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性4小结小结电感传感器应用电感传感器应用第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.11.1 工作原理工作原理气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小2LUUUIZXfL20 2WALW：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积0 ：真空磁导率；：气隙。 线性关系？线性关系？第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性 待测量待测量磁路磁阻磁阻变化线圈电感电感(L(L/M)变化U

2、/I/F常用来检测位移位移、振动振动、力力、应变应变、流量流量、比重比重等； 结构简单、工作可靠、寿命长、性能良好、宽范围；按转换原理可分为：1.11.1 工作原理工作原理按磁路几何参数磁路几何参数变化分 变间隙式 变面积式 螺管式第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.11.1 工作原理工作原理第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.21.2 自感式传感器自感式传感器- - 带气隙的铁心线圈变间隙型电感传感器变间隙型电感传感器(1) 变间隙式变间隙式自感传感器mRWL2W 为线圈匝数；Rm为磁

3、路总磁阻。1212002 2mllRAAAA 连接电路？连接电路？信号形式？信号形式？线性关系？线性关系？传感器结构？传感器结构？第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性(2) 变面积式变面积式自感传感器电感传感器特性 (3) 螺管式自感传感器螺管式自感传感器1线圈；2衔铁121202mllRAAA2202mWRLWA1.21.2 自感式传感器自感式传感器- - 带气隙的铁心线圈第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.31.3 互互感式传感器感式传感器-(1)-(1)差动变压器差动变压器 一、二次绕

4、组间的互感能随衔铁的移动而变化 两个（若干个）二次绕组反向串接反向串接，以差动方式输出同一线框绕制！第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性线圈N21、N22的有关端点按全波整流全波整流电路的要求正确地正确地连接起来交流激磁电压感应电压同名端同名端如何连接？1.31.3 互互感式传感器感式传感器-(1)-(1)差动变压器差动变压器反向串接反向串接变隙式差动变压器(有原边激励绕组)变面积差动变压器第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性差动变压器输出电压特性曲线零点残余电压误差因素零点残余电动势温度变化、

5、激励频率结构对称性铜耗、漏磁特性改造a）非相敏检波 b）相敏检波1理想特性曲线 2实际特性曲线 差动变压器灵敏度一般可达0.55V/mm，行程越小，灵敏度越高。 为提高灵敏度,励磁电压在10V左右为宜,电源频率以110kHz为好。 差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。 第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性差动差动传感器灵敏度？测量误差？20 2WAL21011(1/ )2()WALLLL 21022(1/ )2()WALLLL 螺线管差动电感传感器（无原边激励绕组）1.31.3 互互感式传感器感式传感器-(2)-(2)螺管差动电感

6、传感器螺管差动电感传感器第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性当当/1/1时，可将上式展开成级数：时，可将上式展开成级数：2123311 LLLLLL2223321 LLLLLL1.31.3 互互感式传感器感式传感器-(2)-(2)螺管差动电感传感器螺管差动电感传感器高次项高次项的存在是造成非线性非线性的原因若不考虑包括2次项以上的高次项,则 L第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.31.3 互互感式传感器感式传感器-(2)-(2)螺管差动电感传感器螺管差动电感传感器（电感量）（电感量）差动时：

7、差动时：2412212LLLLL2LLS灵敏度：灵敏度：1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件 3为1、2合成的差动特性第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.41.4 电涡流电涡流传感器传感器电涡流效应电涡流效应 电涡流线圈与金属板的距离x 减小电涡流线圈的等效电感L 减小,等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。 第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.41.4 电涡流电涡流传感器传感器图 电涡流传感器等效电路 121111UIMjIL

8、jIR012222IMjILjIR可得 、 , 传感器线圈的复阻抗为222222212222222111)()(LLRMLjRLRMRIUZ1I2I等效为短路环1()ZRj Lf ifxr、 、 、 、 、检测深度与激励源频率有何关系？属于接触式测量还是非接触式测量？第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.41.4 电涡流电涡流传感器传感器集肤效应激励源频率f工件的电导率磁导率 等有关 当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生

9、电涡流i2。 i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤（趋肤）效应。频率f越高,电涡流的渗透的深度就越浅,集肤效应越严重第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.41.4 电涡流电涡流传感器传感器检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f可控制检测深度。激励源频率一般设定在100kHz1MHz。频率越低，检测深度越深。 间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、r不变,电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数,这样就成为非接触地测量位移的传感器。多种用途：如果控制x、i1、f

10、不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。 非接触测量，不易受油液介质影响； 结构简单，使用方便，灵敏度高，最高分辨率达0.05微米； 频率响应范围宽（010kHz），适合动态测量。第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.41.4 电涡流电涡流传感器传感器电涡流式传感器的类型(1) 高频反射式电涡流传感器 1电涡流线圈 2探头壳体3壳体上的位置调节螺纹4印制线路板 5夹持螺母6电源指示灯 7阈值指示灯8输出屏蔽电缆线 9电缆插头 有一个固定在框架上的扁平线圈组成，线圈

11、可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器1 1 电感传感器原理与特性电感传感器原理与特性1.41.4 电涡流电涡流传感器传感器电涡流式传感器的类型(2) 低频透射式电涡流传感器采用低频激励，因而有较大的有较大的贯穿深度贯穿深度，适合于测量金属材料的厚度。 低频透射式电涡流传感器原理图及特性探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？ 第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.1 2.1 电感电桥电感电桥 被测量线圈电感变化电桥电路的 U or I 输出。 差动式结构

12、可提高灵敏度，改善线性多采用双臂双臂桥图 交流电桥的几种形式(a)电阻平衡臂电桥； (b)变压器式电桥； (c)紧耦合电感臂电桥通过变压器加载供电直接加交流电压源供电第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.1 2.1 电感电桥电感电桥a. 电容传感器电容传感器差动差动电桥电桥b. 电感传感器电感传感器差动电桥差动电桥211202ZZZZUU111CjZ221CjZ0121202 2CCUCCCCUU211202ZZZZUU11LjZ22LjZ211202LLLLUU111LjRZ222LjRZ)()()()(2121212120LLjRRLLjRR

13、UU不同于差动变压器不同于差动变压器 1020CCCCCC；LL真正的对称平衡点？真正的对称平衡点？第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.2 2.2 电感传感器电感传感器相敏相敏检波检波电路电路相敏检波(整流)电路是具有鉴别调制信号相位和选频选频能力能力的检波电路。正半周：VD1、VD4导通1122102 RRRRZVUVVZV 负半周：VD2、VD3导通120 RRUVV相敏检波(整流)可以鉴别 a.位移(x)移动方向 b.位移大小正负半波均正负半波均差差值值 第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2

14、.2 2.2 电感传感器电感传感器相敏相敏检波检波电路电路传感器输出的调幅波电压调幅波电压被测量被测量参考信号参考信号(门控作用)输出输出信号信号相敏检波电路同频、同相(或反相)。121max2maxscscuuuu1u 2u 1scu 2scu 3412max122max22max12 2scfscfscfD DuuirRuuirRuiiirR1221max111max21max12 2scfscfscfD DuuirRuuirRuiiirRrrrr第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.3 2.3 差动整流差动整流测量电路测量电路*u0adc衔

15、铁usrb*oscabcduuuu衔铁衔铁零位零位衔铁上移衔铁上移衔铁下移衔铁下移同样能区分大同样能区分大小和移动方向小和移动方向第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.3 2.3 差动整流差动整流测量电路测量电路 若1、2虚焊，Uao、 Ubo将变成什么波形？第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.3 2.3 差动整流差动整流测量电路测量电路例例：用差动式电感传感器进行位移检测，画出其电感位移关系曲线图。说明相敏检波器的作用？*u0abc衔铁usrD1D2uabubcusc上移uabubcusc平衡位

16、uabubcusc下移tttttttttusrt激励相敏检波器的作用:(1)消除LS输出的零位残余电压；(2)区分衔铁移动方向第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.4 2.4 谐振式测量电路谐振式测量电路 谐振法谐振法是将传感器线圈的等效电感的变化转换为电压或电流的变化。传感器线圈与电容并联传感器线圈与电容并联组成LCLC并联谐振并联谐振回路。 金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响。稳频、稳幅振荡电压(100kHz1MHz）第六讲第六讲 电感式传

17、感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路2.4 2.4 谐振式测量电路谐振式测量电路调频（调频（FM）式电路）式电路(100kHz1MHz） 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，必须使用鉴频器鉴频器，将f转换为电压Uo 。 第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用电感测微头电感测微头1引线电缆 2固定磁筒3衔铁 4线圈5测力弹簧 6防转销 7钢球导轨(直线轴承) 8测杆 9密封套 10测端 11被测工件12基准面

18、分辨率高，可测量机械位移0.1m，角位移0.1角秒第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用扭矩检测扭矩检测第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置1气缸 2活塞 3推杆 4被测滚柱 5落料管 6电感测微器 7钨钢测头 8限位挡板 9电磁翻板 10容器（料斗） 落料振动台滑道11个分选仓位废料仓滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用仿形机床中的应用仿形机床中的应用 1标准靠模样板2测端（靠模轮） 3电感测微器 4铣刀龙门框架 5立

19、柱 6伺服电动机 7铣刀 8毛坯 仿形头仿形头主主轴轴第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用板的厚度测量板的厚度测量 差动测量结构力转换为位移张力测量张力测量第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用圆度计圆度计-采用旁向式电感测微头测量头测量头旋转盘旋转盘第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用 1压力输入接头 2波纹膜盒 3电缆 4印制线路板 5差动线圈 6衔铁 7电源变压器 8罩壳 9指示灯 10密封隔板 11安装底座压力测量压力测量第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感

20、器应用电感传感器应用高频反射式涡流测厚涡流测厚仪测试系统框图涡流振幅测量涡流振幅测量 1被测体；2传感器探头第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用手持式裂纹测量仪手持式裂纹测量仪油管探伤油管探伤第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用安安检检门门演演示示当有金属物体穿当有金属物体穿越安检门时报警越安检门时报警第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器3 3 电感传感器应用电感传感器应用电涡流涂层厚度仪电涡流涂层厚度仪 测量注塑机开合模的间隙测量注塑机开合模

21、的间隙第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路4 4 小结小结 思考思考 R/C/L 参数检测电路的比较（结构、输出关系式？.） 电感电感 传感器的应用优势？ 知识点知识点自感、互感自感、互感（结构型）（结构型）传感器传感器原理、特点原理、特点多种基本电路（相敏检波、整流多种基本电路（相敏检波、整流.）原理、输出特性）原理、输出特性应用电感传感器的物理量应用电感传感器的物理量检测方法检测方法、传感器应用、传感器应用第六讲第六讲 电感式传感器电感式传感器2 2 电感传感器测量电路电感传感器测量电路 作业作业预习预习实验实验2 2（做什么、怎么做、为什么）（做什么、怎么做、为什么）思考思考: : 如何消除电感传感器残余电压？如何消除电感传感器残余电压？ 相敏检波的数学依据？与物理方法如何对相敏检波的数学依据？与物理方法如何对应？应？ 配置检波电路的技术要求？配置检波电路的技术要求？习题习题 p114、115：4.19、4.21、4.23（说明原理特点） 补充题6-1（见下页）本本PPT