56124自动检测技术赖、马电子课件第4章电感式传感器

第一节自感式电感传感器第二节差动变压器第三节电涡流式传感器第四章电感式传感器

电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感的改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。本章教学要求自感式电感传感器的工作原理自感式电感传感器的测量电路差动变压器的工作原理和测量电路电感式传感器的应用电涡流式传感器的原理及应用第一节自感式电感传感器一、工作原理变间隙型电感传感器线圈铁心间隙衔铁物体位移间隙变化电感变化气隙磁阻变化线圈匝数为N，磁路总磁阻为Rm，线圈的电感L为变间隙式电感传感器铁心磁路铁心导磁率卸铁导磁率卸铁磁路截面积线圈电感近似表达式为变间隙型电感传感器工作原理与特性曲线变面积型电感传感器铁心线圈卸铁间隙物体移动卸铁位移电感变化覆盖面积变化螺管型电感传感器线圈卸铁物体移动卸铁位移电感变化线圈磁阻变化线圈电感为差动式电感传感器变间隙型变面积型螺管型特点：两个相同的传感器线圈共用一个卸铁构成差动形式双螺管差动式电感传感器工作原理二、自感式电感传感器测量电路交流电桥常用形式电阻平衡臂电桥变压器式电桥紧耦合电感臂电桥电阻平衡电桥输出电压当ωL>>R’时传感器阻抗平衡臂电阻传感器阻抗变化量差动形式时变压器式电桥输出电压输出电压为传感器输出电压变压器二次绕组中点电压卸铁下移时

带相敏整流的交流电桥电路原理分析卸铁处于中间位置电桥处于平衡状态

电压表指示为零C点电位等于D点电位

带相敏整流的交流电桥电路原理分析卸铁上移Z1=Z+△ZZ2=Z-△Z

电压表正向偏转D点电位高于C点电位UC↓UD↑卸铁下移Z1=Z-△ZZ2=Z+△Z

电压表反向偏转D点电位低于C点电位卸铁上移电路分析分析表明：卸铁上移，无论交流输入的正负半周，电压表均正向偏转。卸铁下移，无论交流输入的正负半周，电压表均反向偏转。结论：电路具有相敏作用。第二节差动变压器物体移动卸铁位移电感变化二次绕组互感变化二次绕组反向串接卸铁一次绕组一、差动变压器的工作原理互感二次绕组电感一次绕组激励电压互感二次绕组电感一次绕组的电流为

二次绕组感应电势

输出总电势为

有效值为

差动变压器的输出特性二次绕组输出差动输出二次绕组输出零点残余电动势零点残余电势产生原因：制作不对称及铁心位置等因素二、差动变压器的测量电路

差动相敏检波电路三、电感式传感器的应用

位移测量-电感测微仪引线线圈卸铁弹簧导杆测端被测件微小位移卸铁上下移动线圈电感变化相敏整流输出指示仪表差动变压器位移传感器特点：稳定性好、精度高、体积小、量程长输出：0-5V或4-20mA

力的测量-差动变压器式力传感器施加作用力弹性元件变形卸铁相对线圈移动线圈电感变化输出电压作用力卸铁线圈弹性体压力测量-差动变压器式微压力传感器施加压力膜盒自由端位移卸铁相对线圈移动线圈电感变化输出电压罩壳卸铁差动变压器插座膜盒接头

加速度测量-差动变压器式加速度传感器振动加速度弹簧受力变形卸铁相对线圈移动线圈电感变化输出电压壳体差动变压器卸铁弹簧第三节电涡流式传感器扁平线圈交变电流线圈周围交变磁场引起线圈阻抗变化金属导体产生涡流扁平线圈交变电流交变磁场新磁场涡流金属导体一、电涡流传感器工作原理涡流磁场方向相反涡流金属导体工作原理示意图解方程组得传感器线圈的复阻抗为根据等效电路列出方程线圈的等效电感为线圈周围交变磁场靠近被测金属物体引起线圈阻抗变化金属导体产生涡流线圈框架框架衬套螺母电缆二、高频反射式电涡流传感器涡流磁场方向相反金属物体接收线圈发射线圈涡流及磁场发射磁场接收侧磁场三、低频透射式电涡流传感器振荡产生低频电压加到发射线圈两端引起线圈阻抗变化磁力线透射过材料接收线圈感应电压四、测量电路AB为传感器线圈电桥初始平衡状态输出信号放大检波测量时阻抗变化电桥失去平衡输出

电桥电路两个差动涡流线圈并联谐振频率最大等效阻抗谐振法调幅式测量电路调频式测量电路（一）测量位移被测零件涡流传感器被测零件涡流传感器涡流传感器机械轴振动的测量机械轴（二）测量振动五、电涡流传感器的应用（三）测量转速被测零件涡流传感器被测零件涡流传感器脉冲频率为f（Hz）被测零件齿数为N转速计算公式为（转/分）（四）测量厚度涡流传感器1板材厚度涡流传感器2预置距离测出距离（五）测