2-3电感传感器重点课件

2.3电感式传感器

10/6/20231

电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。电感式传感器工作原理10/6/202322.3.1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。

10/6/20233电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作10/6/20234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F10/6/20235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。

10/6/20236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。

10/6/20237电感式传感器自感型互感型变面积型电传感器螺线管型电传感器变间隙型电传感器电感式传感器分类10/6/202381、变隙式自感传感器10/6/20239可变导磁面积型2、变截面式自感传感器10/6/2023103、螺管型电感式传感器

单螺管线圈：结构简单，灵敏度低，适合于较大位移测量。10/6/202311自感式电感传感器常见的形式

变隙式变截面式螺线管式

10/6/202312

单一的自感传感器的缺点：1、工作时电感线圈一直有电流通过，衔铁始终受到单向电磁力的作用（吸引力），不能反映被测量的的变化方向。2、易受到外界干扰。如：电源电压、频率变化，温度影响线圈电阻都会使输出产生误差。4、差动电感传感器

10/6/202313差动电感传感器的特点

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

10/6/202314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，曲线3为差动特性10/6/202315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。

10/6/202316自感式电感传感器测量转换电路

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。10/6/2023172.3.2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。＋＋＋10/6/202318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。

10/6/202319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。标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头”10/6/202320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？10/6/202321测量电路

（以差动整流为例）10/6/202322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。

10/6/2023232.3.3电感式传感器的应用

一、位移测量

轴向式电感测微器的外形

航空插头红宝石测头10/6/202324其他电感测微头10/6/202325模拟式及数字式电感测微仪10/6/202326轴向式电感测微器的内部结构

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10/6/202327二、电感式滚柱直径分选装置图3-14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）

10/6/202328二、电感式滚柱直径分选装置测微仪圆柱滚子10/6/202329电感式滚柱直径分选装置（外形）

滑道分选仓位轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）10/6/202330电感式滚柱直径分选装置外形落料振动台滑道11个分选仓位（参考无锡市通达滚子有限公司资料）废料仓10/6/202331电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）汽缸控制键盘直径测微装置长度测微装置滑道10/6/202332机械及气动元件电感测微器汽缸

气水分离器（供气三联件）储气罐导气管

气压表（0.4MPa左右）10/6/202333三、电感传感器在仿形机床中的应用

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—立柱6—伺服电动机7—铣刀8—毛坯10/6/202334仿形铣床外形仿形机床采用闭环工作方式仿形头主轴10/6/202335仿形车床原理10/6/202336四、电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头10/6/202337电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头10/6/202338电感式不圆度测量系统外形

（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘测量头10/6/202339不圆度测量打印10/6/202340电感式轮廓仪旁向式电感测微头10/6/202341五、电感传感器在粗糙度测量中的应用

——手持