电感式传感器

电感式传感器2023/7/161第1页，课件共20页，创作于2023年2月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。

2023/7/162第2页，课件共20页，创作于2023年2月电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作2023/7/163第3页，课件共20页，创作于2023年2月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F2023/7/164第4页，课件共20页，创作于2023年2月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。

2023/7/165第5页，课件共20页，创作于2023年2月自感式电感传感器常见的形式

变隙式变截面式螺线管式

2023/7/166第6页，课件共20页，创作于2023年2月电感量计算公式

：

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。

2023/7/167第7页，课件共20页，创作于2023年2月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

2023/7/168第8页，课件共20页，创作于2023年2月差动式电感传感器的特性

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。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。

2023/7/169第9页，课件共20页，创作于2023年2月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。2023/7/1610第10页，课件共20页，创作于2023年2月图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

2023/7/1611第11页，课件共20页，创作于2023年2月实测得到的相敏检波电路的特性曲线

通过调零电路，可使输出曲线平移到原点。标定位移时的实验数据及曲线2023/7/1612第12页，课件共20页，创作于2023年2月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。＋2023/7/1613第13页，课件共20页，创作于2023年2月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3-8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3-9。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头”。

2023/7/1614第14页，课件共20页，创作于2023年2月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。2023/7/1615第15页，课件共20页，创作于2023年2月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？2023/7/1616第16页，课件共20页，创作于2023年2月测量电路

（以差动整流为例）若Ｃ1、Ｃ2虚焊，Uao、Ubo将变成什么波形？2023/7/1617第17页，课件共20页，创作于2023年2月差动整流的特点电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。

上图中的RP是用来微调电路平衡的，VD1~VD4、VD5~VD8组成普通桥式整流电路，Ｃ3、Ｃ4、Ｒ3、Ｒ4组成低通滤波电路，Ａ1及Ｒ21、Ｒ22、Ｒf、Ｒ23组成差动减法放大器