自动检测技术及应用高职高专学习资料

书名：自动检测技术及应用第3版ISBN：978-7-111-50197-8作者：武昌俊出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第三章电感式传感器及应用自感式传感器

差动变压器式传感器电涡流式传感器本章内容§1§3§2§1自感式传感器

自感式传感器是自感量随气隙而改变的原理制成的，用来测量位移它主要由线圈、铁心、衔铁及测杆（或转轴）等组成

变隙式

变截面式

螺线管式

一、工作原理如图所示自感式传感器的原理图。它是由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。自感的值为：由磁路的欧姆定律可得磁通Φ为：因为一般导磁体的磁阻远小于空气隙的磁阻，计算时可忽略不计，则：联立以上三式可得：当铁心的结构与材料确定后，上式分母的第一项为常数，此时自感L是气隙厚度δ和气隙有效截面积A的函数，即L=f(δ,A)

(a)保持A不变，则L为δ的单值函数，可构成变气隙型传感器(b)保持δ不变，使A随位移而变化，则可形成变截面型传感器(c)线圈中放入圆柱形衔铁，也是一个可变自感。使衔铁作上、下位移，自感量将相应变化，这就构成螺线管式电感传感器1、变隙式电感传感器只要测出自感量的变化，就能确定衔铁（即被测体）位移量的大小和方向。这就是闭磁路变隙式电感传感器的工作原理

铁心和衔铁的磁阻

气隙的磁阻

忽略掉铁心和衔铁的磁阻

因为输入输出呈非线性关系为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器仅能工作在很小一段的区域，因而只能用于微小位移的测量。在线圈匝数N确定后，如保持气隙有效截面积A为常数，则L=f(δ),它的特性曲线如图2、变截面式电感传感器同样N确定后，若保持气隙厚度δ为常值δ0，则L=f(A)，它的特性曲线如图所示

由于有漏感等原因，它的特性并非是线性的，而且它的线性区较小，灵敏度较低

对于长螺线管（L>>r），当衔铁工作在螺线管的中部时，可认为线圈内磁场强度是均匀的。此时线圈电感量l与衔铁插入深度l1大至上成正比。螺线管式电感传感器的工作原理是以线圈磁力线泄漏路径上的磁阻变化为基础进行测量时，衔铁随被测体移动时，导致线圈电感量变化，即电感量与衔铁插入深度l1有关

3、螺线管式电感传感器4、差动电感传感器在实际工作中常采用差动式，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。假设当衔铁往上移动Δδ时，则两个线圈的总的电感变化量为：灵敏度为二、电感式传感器的转换电路1．调幅电路所示为变压器电桥电路。相邻两工作臂Z1、Z2是差动电感传感器的两个线圈阻抗。另两臂为变压器的次级绕组：当衔铁处于中间位置时,由于线圈完全对称,因此L1=L2=L0，Z1=Z2=Z0,电桥桥路平衡,输出电压U0=0

当衔铁上下移时,自感式电感传感器输出电压为

因为电感线圈的品质因数很高

零点残余电压零点残余电压的存在会造成测量系统在最关键的零点附近存在一小段不灵敏区，它一方面限制系统的分辨率，另一方面也造成输电压U0与位移间的非线性。为了判别衔铁的移动方向，必须判别信号的相位，必须在后续电路中配置相敏检波电路来解决。如图所示为带相敏整流的交流电桥电路。带相敏整流的交流电桥电路1）当衔铁上移，不论输入电压时正半周还是负半周，电压表总是正向偏转，即输出电压为正。2）当衔铁下移时，同理可以分析得到，电压表总是反正偏转，输出电压总是为负。采用带相敏整流的电桥电路，输出信号能反映位移的大小和方向。电桥电路整流器输出特性曲线不同检波方式的输出特性曲线a）非相敏检波b）相敏检波1－理想特性曲线2－实际特性曲线当L有微小变化ΔL时，频率变化Δf为：G表示振荡回路，其振荡频率，当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可测出被测量的值2．调频电路三、蛇应用测微落仪采穗用变馅压器纲式交造流电原桥为军测量弃电路蓝时，赔将图微中的A、G、H分别陪与图b）中的A、O、C相连电动屠测微钢仪的惹电感逆式传连感器§2差动判变压肾器式黄传感牢器一、工作悲原理它主宋要由杏线圈梁组合锐、活射动衔承铁和技导磁寇外壳拣等组湖成。芬线圈疼包括茎一、炒二次惜线圈逼和骨通架等侵部分1）咐当活临动衔伶铁向刷二次着绕组N21方向锈（向五上）慕移动引时2）刘当活由动衔描铁向近二次取绕组N22方向谅向下隙移动傍时理想千的螺悬线管篮式差秤动变望压器乎的原滥理图二、孙测量改电路反串超联电密路堤直祖接把电两个主二次愧线圈翻反向昏串接桥路R1、R2是桥超臂电高阻，RW是供僵调零馋用的日电位脸器差动者整流财电路差动凳变压业器转片换电债路是真把差虎动变康压器障的两照个次晒级线对圈的窗电压南分别源整流折，然岂后将煮它们惭的差挂值作秤为输避出。三、液应用1．迅测量焦振动渡的应倾用由悬隔臂梁败1和已差动舟变压罚器2赶构成测量混时，夸将悬妨臂梁与底座逼及差野动变特压器怀的线牺圈骨妻架固标定，街而将茫衔铁缘瑞的A端与拢被测户振动满体相琴连。慰当被呆测体朵带动爆衔铁芦以Δx（t）振动往时，尽导致弹差动碰变压咐器的闻输出是电压恢变化。当被延测压测力P1输入隶到膜柱盒中匙，膜曲盒2存的自佣由端愤面便酸产生乳一个脆与P1成正感比的标位移因此孔，差罩动压固力变挣压器而有正缸比于远被测弯压力不的电彻压输响出2．脚压力上测量测量福各种橡生产猾流程旋中液红体、惩水蒸喂汽及蚊气体搂压力道等§3教电派涡流摘式传稠感器一、电涡装流式枯传感占器的堆基本舌结构单独血绕成奔一只谎无框喉架的聪扁平赤圆形负线圈则，用倒胶水递将此派线圈啦粘接栏于框锋架的洪顶部斑。在框阁架的判接近猴端面说处开敏一条乡丰细槽杂，用从导线白在槽百中绕从成一垂只线枪圈。二、电涡铁流式激传感恨器的乱工作奋原理若能盒保持住其中盆大部更分参训数恒犬定不秃变，喜只改竞变其领中一躺个参坐数，企这样吸能形始成传鱼感器买的线牢圈阻斧抗Z与此煤参数垮的单伤值函毙数。才再通假过传呼感器尊的配鸣用电县路测员出阻透抗Z的变失化量圆，即隆可实阳现对柴该参腹数的希非电漠量测障量当距光离x减小细时，霉互感仇量M增大深，由皱式（趴3-西27违）可振知，昂等效芒电L减小序，等彻效电掌阻R增大击。从山理论穷和实鹅测中椅都证尊明，波此时因流过浴线圈概的电庸流i1是增大大的线圈讯与金渠属导可体之羊间可捉以定叙义一桥个互勤感系买数M，它将钓随着村间距x的减植小而荐增大若把希导体漠形象办地看知作一废个短霉路线笼圈三、转换虎电路利用Z的转焰换电萌路一成般用桥路，它寻属于最调幅毛电路矛。利秋用L的转别换电惧路一得般用傻谐振埋电路1．兴桥路Z1和Z2它们嫩与电究容C1、C2，电阻R1、R2组成哭电桥舍的四橡个臂屯。电肝源由愉振荡恒器供君给，归振荡距频率膏根据康涡流闻式传霸感器箱的需并要选米择。电桥罪的输蒙出将弟反应拜线圈厘阻抗管的变司化，岔把线险圈阻勾抗变邮化转祥换成盲电压捕幅值煎的变兵化2．户谐振袖幅值扛电路在没甘有金芦属导甩体的巡寿情况陡下，采使电逃路的LC谐振铲回路轻的谐毛振频淹率怒等于听激励核振荡嗽器的鼠振荡鼠频率耐（如付1MH文Z），这时LC回路贞呈现缠阻抗棚最大野，输大出电和压的肌幅值称也是棋最大。。3．吸调频遍电路当电吉涡流苗线圈者与被景测体掉的距歉离x改变哄时，梢电涡爹流线哀圈的碰电感沃量L也随唱之改景变，吗引起LC振荡节器输属出频泡率改丹变。四、浑应用1．啦厚度酒的测怖量差动肠法测离量厚厕度h=魂H-开(x1+x2)2．邀转速谁测量当旋酱转体蔬转动碑时，生涡流桥传感刻器将泼输出旬周期碰信号升，经消放大翻、整贵形后乏，可茶用频祸率计搏指示踢出频叨率值f，该值渐与转阻速有屈关，揪从而乌可得肚转速n=拐60润f阻/z式中z——旋转被体的湖齿数3．前温度器测量导体树的电矛阻率爷与温菠度的窄关系碗是较盒复杂遮的，征然而躁在小哈的温姻度范霉围内趋可以御用下纳式表庭示：若能踪蝶测量邀出导解体电嚼阻率孩的变眨化，仁就可辞以求通得导裤体的欲温度性变化鼻。这种悦方法岔主要逼适用五于磁斜性材早料的雅温度竭测量欧。添加匙温度色敏感秧元件4．上生产筋工件选加工签定位5.