传感器及检测技术3

上节回顾:1.电容传感器本节主要内容:1.电感传感器5/20/20231

本章学习自感式传感器和差动变压器的结构、工作原理、测量电路以及他们的应用，掌握一次仪表的相关知识。第4章电感式传感器

5/20/20232第一节自感式传感器

先看一个实验：将一只380V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36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢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。

5/20/20233电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作5/20/20234电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F5/20/20235电感传感器的基本工作原理当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL较小，所以电流I较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。

5/20/20236电感量计算公式

：

请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。N：线圈匝数；A：气隙的有效截面积；

0：真空磁导率；：气隙厚度。

5/20/20237自感式电感传感器常见的形式

变隙式变截面式螺线管式

三种传感器在使用中,非线性误差较大,外界会使输出产生误差,灵敏度较小,实际应用常采用差动式.5/20/20238差动电感传感器的特点

请分析：灵敏度、线性度有何变化曲线1、2为L1、L2的特性，3为差动特性在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件

从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。

从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。5/20/20239测量转换电路测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。但若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小（的幅值），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路。5/20/202310图3-7相敏检波输出特性曲线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

5/20/202311第二节差动变压器式传感器

电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈（又称为初级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。

请将单相变压器二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。＋5/20/202312差动变压器式传感器的工作原理

差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。

差动变压器的结构原理如图4-13所示。在线框上绕有一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图4-14。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头”。

5/20/202313差动变压器式传感器的等效电路

结构特点：两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式。

请将二次线圈N21、N22的有关端点正确地连接起来，并指出哪两个为输出端点。5/20/202314灵敏度与线性度差动变压器的灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。电源频率以1~10kHz为好。差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。例：欲测量20mm2mm轴的直径误差，应选择线圈骨架长度为多少的差动变压器（或电感传感器）为宜？5/20/202315测量良电路（以差动沟整流为例雹）若Ｃ1、Ｃ2虚焊忧，Uao、Ubo将变茎成什卵么波富形？5/僚18成/2穗02违316差动葱整流盟的特田点电路建是以紧两个浓桥路矿整流款后的平直流沟电压课之差等作为协输出诞的，鸭所以璃称为游差动畏整流驻电路唤。它绞不但箩可以插反映描位移插的大稠小（推电压呢的幅毛值）砖，还斥可以苹反映澡位移殃的方站向。上图涨中的RP是用医来微尖调电责路平以衡的肉，VD1~V护D4、VD5~V柜D8组成新普通餐桥式蜡整流登电路箭，Ｃ3、Ｃ4、Ｒ3、Ｒ4组成擦低通逼滤波毒电路淹，Ａ1及Ｒ21、Ｒ22、Ｒf、Ｒ23组成匠差动练减法缝放大忽器，闹用于劣克服a、b两点姑的对铺地共某模电扣压。5/嘴18渣/2训02卸317第三收节电感辅式传危感器预的应呢用一、位移话测量轴向附式电宫感结测值微器丧的外璃形航空侄插头红宝己石测表头5/臭18雕/2企02怎318其他母电感厕测微确头5/辽18弦/2吼02谁319模拟途式及爽数字福式电列感测锻微仪5/巷18煮/2遮02且320轴向苦式电哈感测对微器衡的内辫部结浩构1—引线棍电缆2—固定秆磁筒3—衔铁4—线圈5—测力密弹簧6—防转朴销7—钢球虫导轨即（直拢线轴凉承）8—测杆9—密封派套10菌—测端11陆—被测库工件12胞—基准柴面5/苏18业/2汇02胃321二、膏电感斯式滚宵柱直搂径分翻选装兼置图3-太14滚柱倚直径甩分选甩装置1—气缸2—活塞3—推杆4—被测钳滚柱5—落料主管6—电感缸测微悄器7—钨钢膛测头8—限位脱挡板9—电磁薪翻板10闲—容器着（料余斗）5/营18惠/2蛾02枯322二、举电感你式滚属柱直忌径分根选装剃置测微哭仪圆柱魔滚子5/泄18泛/2铲02凡323电感传式滚战柱直做径分精选装替置（外愈形）滑道分选笼仓位轴承哭滚子析外形（参考争中原掏量仪槐股份涂有限杰公司绿资料鱼）5/扒18刚/2财02遮324电感尖式滚督柱直箱径分订选装签置（机械坐结构探放大宋）汽缸控制驾键盘直径唉测微宁装置长度专测微深装置滑道5/酒18侨/2鲁02矿325三、采电感环式不柴圆度扑计原绑理该圆翻度计棵采用旁向拨式电魄感测乏微头5/肤18透/2飘02迷326电感胖式不仰圆度聚测试创系统旁向蚁式电下感测畅微头5/籍18江/2筒02刃327电感米式不毫圆度公测量旦系统棚外形（参崇考洛阳筛汇智薯测控熄技术猾有限航公司匀资料市）旋转风盘测量魂头5/孔18摆/2凉02齿328不圆守度测劈燕量打朗印5/蠢18谨/2拐02哑329压力掌测量照用的旬膜盒膜盒冠由两泄片波禾纹膜顾片焊城接而堪成。烤所谓脆波纹层膜片辫是一袜种压秃有同都心波栽纹的弱圆形朗薄膜金。当胸膜片即四周录固定痰，两利侧面彼存在乎压差选时，描膜片译将弯豪向压品力低耐的一贪侧，斩因此月能够闸将压呈力变愿换为舌直线欧位移炉。四、接压力跨测量5/傻18袜/2粮02失330压力紫测量1—压力稍输入每接头2—波纹阵膜盒3—电缆4—印制甚线路丙板5—差动徒线圈6—衔铁7—电源曲变压盗器8—罩壳9—指示则灯10选—密封辽隔板11薯—安装厕底座5/顾18撤/2取02熄331图3-稀17叮b某一压力饺变送甲器的些测量答电路5/妖18摧/2互02象332五、窝电感锅传感轿器在除粗糙弃度测血量中育的应卷用——手持侄式粗裤糙度偷仪•触针:金刚握石圆稍锥；•针尖跃圆弧出半径蓄：5μ坏m；•可存酱储50垮0个粗厘糙度箩参数任值及4组轮州廓数词据；•可进须行粗贱糙度师参数砌的打迎印；•可对通外圆愿、内室孔、眠轴肩藏、圆俯锥面缴等各籍种复伏杂表押面进病行测珠试；5/捷18弯/2株02熊333粗糙辱度仪猜外形金刚司石测介头5/单18图/2枪02摘334粗糙赶度测尸量结湖果打怀印（1）5/你18钓/2浅02带335粗糙协度测唉量结朋果打战印（2）5/裹18凑/2怜02摔336七、壮一次阔仪表建与4~耽20侨mA二线苹制输僻出方疲式压力驳变送新器已纹经将诉传感蚀器与袖信号脉处理粘电路早组合煎在一捞个壳唉体中询，这脸在工蜜业中牧被称库为一慎次仪伪表。艇一次坏仪表讲的输坐出信命号可篇以是舌电压英，也际可以使是电王流。艺由于隔电流煎信号帖不易诵受干纪扰，崖且便移于远岸距离果传输循（可把以不俩考虑每线路额压降倒），必所以帝在一恰次仪壮表中血多采猎用电匪流输浴出型肚。5/莲18城/2面02僻3374~踩20住mA二线智制输某出方生式新的拐国家丑标准咽规定竿电流夕输出哑为4~贡20番mA；电压膛输出滩为1~腹5V捐(旧国计标为0~充10休mA或0~音2V伶)。4m瞎A对应济于零脚输入榨，20改mA对应优于满春度输同入。肚不让栏信号赞占有0~洗4m观A这一急范围佳的原平因，猎一方蚀面是时有利托于判叔断线出路故帝障（记开路余）或含仪表赛故障衡；另分一方猜面，这柴类一抽次仪厚表内盏部均及采用促微电偶流集役成电伶路，阵总的愁耗电宰还不竞到4m疾A，因此还能烧利用0~弊4m盛A这一字部分男“本秒底”插电流势为一秒次仪芒表的劝内部裤电路企提供贤工作镇电流物，使纽奉一次下仪表县成为侧两线葱制仪午表。5/胁18悉/2磨02及3384~蜂20炊mA二线破制输时出方罗式所谓订二线油制仪背表是侍指仪崭表与寻外界巡寿的联顷系只扛需两温根导刑线。多数充情况您下，其中张一根债（红版色）休为+2激4V电源漫线，啄另一秃根（西黑色耗）既木作为航电源胀负极创引线站，又婚作为由信号所传输电线。颂在信敏号传芳输线男的末粪端通匙过一榆只标智准负叮载电胸阻（僵也称泉取样吧电阻旋）接辟地（风也就界是电系源负半极）辽，将周电流顾信号岸转变助成电逐压信岩号。5/剃18索/2爸02征3394~政20曾mA二线锤制仪方表接胸线方题法4~受20亡mA5/针18再/2秒02器3404~多20馒mA二线遭制数趁显表递外形花及计隆算在上可一张恩图中丛，若饺取样赔电阻RL=5板00老.0，则对筐应于4~物20魂mA的输姨出电胶流，亩输出鲜电压Uo为2~瓦10杨V。5/暑18誓/2持02夺341本章作业习题P6泳2第1题、3题，4、5题（涨选做帖）5/渔18篇/2领02程342休息湖一下5/桌18毁/2幸02剖3432.巴6电涡色流式仓传感陶器电涡却流在与用电搞中是今有害洗的，党应尽曾量避叹免，俊如电扩机、员变压垦器的作铁心冒用相我互绝揪缘的纷硅钢编片叠牢成，爷以切欢断电扶涡流贱的通北路；派而在榨电加构热方掩面却去有着撕广泛刚应用喘，如妈金属辛热加轰工的40呈0H升z中频牌炉、增表面俊淬火袍的2M秩Hz高频再炉、泡烹饪深用的甩电磁啄炉等枝。在篮检测驶领域顺，电累涡流访式传时感器的结构躬简单望，其云最大谱特点描是可卵以实晶现非粥接触甩测量效，因剧此在斧工业浆检测君中得孤到了诸越来熄越广衫泛的谨应用普。例涌如位余移、泻厚度观、振泡动、墨速度供、流具量和怨硬度蔬等，委都可栗以使桂用电筒涡流拖式传盟感器闹来测炕量。5/俭18蹦/2摘02钉344第一与节电涡饿流传状感器景工作围原理电涡洪流效反应演籍示当电让涡流始线圈瞒与金齐属板屿的距幅离x减小笨时，腾电涡匀流线纲圈的拆等效薄电感L减小款，等根效电铜阻R增大响。感诸抗XL的变面化比R的变蚀化族大凡得剃多，尺流过笋电涡晨流线核圈的悔电流i1增大缸。根据闪法拉楼弟电咱磁感迎应定盗律,金属甲导体蒜置于钓变化垮的磁绑场中幻玉时,导体萍表面抗就会唐有感春应电姨流产名生.电流工的流质线在民金属馆体内般自行喊闭合,这种辣由电疲磁感立应原煌理产贯生的凑旋涡锁状感坊应电辜流称挪为电茂涡流,这种设现象紧称为赵电涡尝流效胶应.当高夫频（10热0k酸Hz左右镰）信记号源争产生萄的高悄频电摆压施聪加到疫一个姐靠近蛇金属悲导体骂附近欺的电组感线糠圈L1时，损将产跑生高矩频磁拨场H1。如坡被测北导体障置于森该交剖变磁判场范坚围之啊内时狸，被太测导肆体就若产生危电涡贤流i2。i2在金狱属导但体的西纵深妙方向桑并不鸟是均呀匀分亩布的剪，而穿只集宅中在另金属岁导体觉的表匠面，详这称条为集质肤效抽应（板也称议趋肤税效应碗）。集肤驼效应先与激鹊励源乞频率f、工韵件的王电导老率、磁买导率等有想关。帜频率f越高肯，电析涡流疲的渗扰透的亩深度让就越帅浅，抗集肤恰效应弯越严页重。5/充18算/2躺02唯345电涡奔流的费应用——在我辟们日塘常生烈活中吊经常讯可以茅遇到干净丛、高搭效的电磁剑炉5/红18土/2询02烂346二、轻等效若阻抗絮分析检测意深度挽与激励朝源频拨率有毛何关涛系？电涡区流线军圈受箭电涡锣流影飘响时丽的等询效阻引抗Z的函卡数表船达式及为：Z=R+jωL=f（i1、f、、、r、x）（4-刊1）如果途控制准上式债中的i1、f、、、r(表面竿因素)不变何，电裹涡流说线圈罪的阻垂抗Z就成坊为哪孤个非泥电量租的单蕉值函层数？胞属于繁接触揪式测喉量还钱是非损接触饶式测伤量？由于堤存在个集肤跑效应宰，电选涡流剑只能凤检测回导体熟表面慨的各黑种物谣理参沈数。甲改变f，可静控制局检测麻深度冒。激统励源乓频率隐一般损设定季在10军0k敞Hz草~1嗽MH瓶z。频韵率越倾低，蚂检测秘深度祝越深和。间距x的测寨量：搂如果突控制宗上式笋中的i1、f、、、r不变躺，电锁涡流嘱线圈慌的阻尼抗Z就成动为间炊距x的单营值函日数，袄这样下就成渡为非惑接触导地测咬量位范移的碎传感最器。多种活用途兆：如转果控所制x、i1、f不变箩，就滴可以怎用来立检测亚与表课面电易导率有关岁的表每面温瓜度、湿表面抄裂纹识等参胀数，团或者风用来卸检测才与材史料磁竞导率有关捡的材阀料型喂号、哨表面定硬度厕等参撞数。5/宁18缝/2铸02掏347电磁荐炉内乖部的辆励磁算线圈5/音18逮/2迹02晕348电磁不炉的草工作活原理高频啊电流帝通过篇励磁伸线圈凭，产饥生交宅变磁鸽场，摸在铁辞质锅初底会捉产生嫩无数协的电夺涡流纷，使唐锅底黄自行豪发热睬，烧和开锅殖内饺的残食验物层。5/捞18才/2性02吗349第二株节电涡口流传妇感器辛结构膝及特怨性电涡短流探息头外形交变女磁场5/捆18翅/2埋02躬350电涡棉流探仗头内部苗结构1—电涡肝流线尿圈2—探头倚壳体3—壳体姻上的待位置价调节沈螺纹4—印制讯线路黄板5—夹持泰螺母6—电源扯指示叉灯7—阈值糖指示蝇灯8—输出货屏蔽膨电缆岁线9—电缆君插头5/舌18劈燕/2峰02胞351CZ树F-捞1系列感传感切器的测性能分析丑上表颤请得滑出结纺论：探头党的直蠢径与去测量壁范围第及分会辨力京之间晕有何忘关系义？5/则18逢/2辫02随352大直投径电衰涡流荣探雷帐器5/翅18造/2稿02并3532.篇4.宜3电涡艺流传选感器古的转侨换电丑路电涡班流式规传感桌器可答以采珍用谐严振电秤路来刑转换壮。谐仰振电靠路的迅输出投也是记调制适波，企控制保幅值鱼变化冬的称溉调幅除波，闯控制快频率叫变化扯的称残调频杯波。助调幅侍波要妹经过精幅值摄检波坑，调殊频波灯要经武过鉴姓频才通能获留得被吃测量拼的电唱压。如图2-虑21所示,晶体转振荡易器输告出频孤率固草定的顶正弦炒波，赌经限扫流电愈阻R接电象涡流疫传感凳器线甩圈与群电容偿器的跃并联率电路吃。当LC谐振舍频率田等于烛晶振丘频率誓时输玻出电华压幅妨度最赌大，于偏离辈时输毙出电杂压幅知度随衔之减甜小，斩是一茄种调察幅波跑。该今调幅饶信号引经高乱频放侄大、慨检波球、滤片波后征输出迷与被适测量吴相应抱变化稍的直咐流电巧压信遥号。图2-稻21秒CZ化F-俩1型电疤涡流恋传感驱器测罢量电嚷路框烫图5/刻18将/2借02拨3542.洽4.装4电涡扛流式黄传感况器使哪用注萌意事蹦项充分宁利用搏电涡柴流以部获得驻准确佛的测白量效幕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