第三章電感傳感器PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 自感式傳感器自感式傳感器 觀看一個(gè)小實(shí)驗(yàn)F F220V準(zhǔn)備工作第1頁(yè)/共38頁(yè)2021-11-172電感傳感器的基本工作電感傳感器的基本工作原理演示原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小。氣隙變小，電感變大，電流變小。F F第2頁(yè)/共38頁(yè) 當(dāng)將一只380V380V交流接觸器線(xiàn)圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到控制變壓器的36V36V交流電壓源上，這時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱(chēng)為銜鐵）往下按，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。 當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻R Rm m也較大，線(xiàn)圈的電感量L L和感

2、抗XL XL 較小，所以電流I I 較大。 當(dāng)鐵心閉合時(shí)，氣隙變小，磁阻變小、電感變大，電流減小。(3 1)2LUUUIZXfL第3頁(yè)/共38頁(yè)一、 工作原理 變磁阻式傳感器由線(xiàn)圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料（硅鋼片、坡莫合金）制成，鐵芯和銜鐵之間有氣隙，厚度為，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。 當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線(xiàn)圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。 自感傳感器的工作原理自感傳感器的工作原理第4頁(yè)/共38頁(yè)根據(jù)電磁感應(yīng)定義，線(xiàn)圈中電感量可由下式確定： 式中：線(xiàn)圈總磁鏈； II通過(guò)線(xiàn)圈的電流；

3、 NN線(xiàn)圈的匝數(shù)； 穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通。 由磁路歐姆定律， 得： 式中：RmRm磁路總磁阻。INILmRIN第5頁(yè)/共38頁(yè) 因?yàn)闅庀逗苄。钥梢哉J(rèn)為氣隙中的磁場(chǎng)是均勻的。若忽略磁損，則磁路總磁阻為： 式中:1 1鐵芯材料的導(dǎo)磁率； 2 2銜鐵材料的導(dǎo)磁率； L L1 1磁通通過(guò)鐵芯的長(zhǎng)度； L L2 2磁通通過(guò)銜鐵的長(zhǎng)度； A A1 1鐵芯的截面積； A A2 2銜鐵的截面積； 0 0空氣的導(dǎo)磁率； 氣隙的厚度； A A0 0氣隙的截面積。 002221112AALALRm第6頁(yè)/共38頁(yè) 通常 ，氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻，即：可近似為：聯(lián)立可得：002AuRm111002AuLAu22

4、2002AuLAu021和20022ANRNLm 上式表明，當(dāng)線(xiàn)圈匝數(shù)為常數(shù)時(shí), 電感L僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)，只要改變、A0或0 均可導(dǎo)致電感變化，因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙厚度的傳感器、變氣隙面積A0的傳感器和變磁導(dǎo)率0的傳感器。使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。第7頁(yè)/共38頁(yè)自感式電感傳感器常見(jiàn)的形式自感式電感傳感器常見(jiàn)的形式 變隙式變隙式 變截面式變截面式 螺線(xiàn)螺線(xiàn)管式管式 請(qǐng)分析電感量L L與氣隙厚度 、氣隙的有效截面積A A及材料磁導(dǎo)率之間的關(guān)系，并討論有關(guān)線(xiàn)性度的問(wèn)題。第8頁(yè)/共38頁(yè) 輸出特性 設(shè)電感傳感器初始?xì)庀稙? 0, , 初始電感量為L(zhǎng) L0 0, ,

5、銜鐵位移引起的氣隙變化量為，從下式可知L L與之間是非線(xiàn)性關(guān)系，特性曲線(xiàn)如圖所示，初始電感量為：020002NAL 第9頁(yè)/共38頁(yè) 請(qǐng)分析：靈敏度、 線(xiàn)性度有何變化曲線(xiàn)1 1、2 2為L(zhǎng) L1 1、L L2 2 的特性，3 3為差動(dòng)特性 在變隙式差動(dòng)電感傳在變隙式差動(dòng)電感傳感器中，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移感器中，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)圈的電感量一個(gè)增加，一線(xiàn)圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。 1-1-差動(dòng)線(xiàn)圈 2-2-鐵心 3-3-銜鐵 4-4-測(cè)桿 5-5-工件 差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn)第10頁(yè)/共38頁(yè)第11頁(yè)/共38頁(yè) 當(dāng)

6、銜鐵上移時(shí)，上部分鐵心與銜鐵的氣隙減小，即=0 0-，則此時(shí)輸出電感為L(zhǎng)= LL= L0 0+L+L，代入上式式并整理，得：00000201)(2LswLLL 當(dāng)/01/01時(shí), , 可將上式用臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)成級(jí)數(shù)形式為：.)()()(1 3020000LLLL 由上式可求得電感增量LL和相對(duì)增量L/ LL/ L0 0的表達(dá)式, , 即 .)()(1 20000LL.)()(1 20000LL第12頁(yè)/共38頁(yè) 而下部分鐵心與銜鐵的氣隙增大，即=0+=0+，則此時(shí)輸出電感為L(zhǎng)= L0-L，代入式子式并整理，得：.)()(1 20000LL.)()(1 20000LL 對(duì)上面兩式作求差，忽略高次項(xiàng)

7、，可得：002LL00022LLK靈敏度為：當(dāng)銜鐵下移時(shí)，情況剛好相反。第13頁(yè)/共38頁(yè) 從結(jié)構(gòu)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。 差動(dòng)式電感傳感器的特性 從曲線(xiàn)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器的線(xiàn)性較好，且輸出曲線(xiàn)較陡，靈敏度約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。第14頁(yè)/共38頁(yè) 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來(lái)。因激勵(lì)電源為交流電源，若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無(wú)法判別輸出的相位和位移的方向。 如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)

8、過(guò)一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大?。ǖ姆担?，還可以反映位移的方向（的相位）。這種檢波電路稱(chēng)為相敏檢波電路。測(cè)量轉(zhuǎn)換電路第15頁(yè)/共38頁(yè)相敏檢波相敏檢波輸出特性曲線(xiàn)輸出特性曲線(xiàn) a a）非相敏檢波 b b）相敏檢波 11理想特性曲線(xiàn) 22實(shí)際特性曲線(xiàn) 第16頁(yè)/共38頁(yè)實(shí)測(cè)得到的實(shí)測(cè)得到的 相敏檢波電相敏檢波電路的特性曲路的特性曲線(xiàn)線(xiàn) 通過(guò)調(diào)零電路，可使輸出曲線(xiàn)平移到原點(diǎn)。標(biāo)定位移時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)第17頁(yè)/共38頁(yè)第二節(jié) 差動(dòng)變壓器式傳感器 電源中用到的“單相變壓器”有一個(gè)一次線(xiàn)圈（又稱(chēng)為初級(jí)線(xiàn)圈），有若干個(gè)二次線(xiàn)圈（又稱(chēng)次級(jí)線(xiàn)圈）。當(dāng)一次線(xiàn)圈加上交流激磁電壓U Ui i

9、后，將在二次線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓U UO O。在全波整流電路中，兩個(gè)二次線(xiàn)圈串聯(lián)，總電壓等于兩個(gè)二次線(xiàn)圈的電壓之和。第18頁(yè)/共38頁(yè) 差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。在線(xiàn)框上繞有一組輸入線(xiàn)圈（稱(chēng)一次線(xiàn)圈）；在同一線(xiàn)框的上端和下端再繞制兩組完全對(duì)稱(chēng)的線(xiàn)圈（稱(chēng)二次線(xiàn)圈），它們反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。圖中標(biāo)有黑點(diǎn)的一端稱(chēng)為同名端，通俗說(shuō)法是指線(xiàn)圈的“頭”。 差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理 差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線(xiàn)圈與二次線(xiàn)圈間的互感量M M 的變化的裝置。當(dāng)一次線(xiàn)圈接入激勵(lì)電源之后，二次線(xiàn)圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。由于兩個(gè)二次線(xiàn)圈采用差

10、動(dòng)接法，故稱(chēng)為差動(dòng)變壓器。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器。第19頁(yè)/共38頁(yè)差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩個(gè)二次線(xiàn)圈反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。 差動(dòng)變壓器的靈敏度一般可達(dá)0.5-5V/mm0.5-5V/mm，行程越小，靈敏度越高。 為了提高靈敏度，勵(lì)磁電壓在10V10V左右為宜。電源頻率以1-10kHz1-10kHz為好。 差動(dòng)變壓器線(xiàn)性范圍約為線(xiàn)圈骨架長(zhǎng)度的1/101/10左右。第20頁(yè)/共38頁(yè)測(cè)量電路 （以差動(dòng)整流為例）第21頁(yè)/共38頁(yè)差動(dòng)整流的特點(diǎn)差動(dòng)整流的特點(diǎn) 上圖中的RPRP是用來(lái)微調(diào)電路平衡的， VDVD1 1-VD-VD4 4、VDVD5 5-VD-

11、VD8 8組成普通橋式整流電路，3 3、4 4、3 3、4 4組成低通濾波電路，1 1及2121、2222、f f、2323組成差動(dòng)減法放大器，用于克服a a、b b兩點(diǎn)的對(duì)地共模電壓。 電路是以?xún)蓚€(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出的，所以稱(chēng)為差動(dòng)整流電路。它不但可以反映位移的大小（電壓的幅值），還可以反映位移的方向。第22頁(yè)/共38頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用 一、位移測(cè)量一、位移測(cè)量 軸向式電感測(cè)微器的外形 紅寶石測(cè)頭航空插頭測(cè)頭第23頁(yè)/共38頁(yè)軸向式電感測(cè)微器的內(nèi)部結(jié)軸向式電感測(cè)微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)11引線(xiàn)電纜22固定磁筒 33銜鐵44線(xiàn)圈 55測(cè)力彈簧66防轉(zhuǎn)銷(xiāo)

12、77鋼球?qū)к?8測(cè)桿99密封套 1010測(cè)端1111被測(cè)工件1212基準(zhǔn)面 圓柱滾子測(cè)微儀測(cè)微儀第24頁(yè)/共38頁(yè)電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置 滾柱直徑分選裝置11氣缸 22活塞 33推桿 44被測(cè)滾柱 55落料管 66電感測(cè)微器 77鎢鋼測(cè)頭 88限位擋板 99電磁翻板 1010容器（料斗）第25頁(yè)/共38頁(yè)滑道分選倉(cāng)位電感式滾柱直徑分選裝置（外形）落料振動(dòng)臺(tái)落料振動(dòng)臺(tái)滑道11個(gè)分選倉(cāng)位第26頁(yè)/共38頁(yè)二、電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用二、電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用 11標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板 22測(cè)端( (靠模輪) 3) 3電感測(cè)微器 44銑刀龍門(mén)框架 55立柱 66伺服電動(dòng)機(jī) 7

13、7銑刀 88毛坯第27頁(yè)/共38頁(yè)仿形銑床外形仿形銑床外形 仿形頭主軸仿形機(jī)床采用 閉環(huán)工作方式第28頁(yè)/共38頁(yè)三、電感式不圓度計(jì)原理三、電感式不圓度計(jì)原理 該圓度計(jì)采用該圓度計(jì)采用旁向式電感測(cè)微頭旁向式電感測(cè)微頭第29頁(yè)/共38頁(yè)電感式不圓度測(cè)試系電感式不圓度測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)測(cè)量頭旁向式電感測(cè)微旁向式電感測(cè)微頭頭第30頁(yè)/共38頁(yè)不圓度測(cè)量打印不圓度測(cè)量打印第31頁(yè)/共38頁(yè)電感式輪廓儀電感式輪廓儀 旁向式電感測(cè)微頭第32頁(yè)/共38頁(yè)四、壓力測(cè)量四、壓力測(cè)量 11壓力輸入接頭22波紋膜盒33電纜44印制線(xiàn)路板55差動(dòng)線(xiàn)圈66銜鐵77電源變壓器88罩殼99指示燈1010密封隔板1111安裝底座第33頁(yè)/共38頁(yè)壓力測(cè)量用的膜盒壓力測(cè)量用的膜盒 膜盒由兩片波紋膜片焊接而成。所謂波紋膜片是一種壓有同心波紋的圓形薄膜。當(dāng)膜片四周固定，兩側(cè)面存在壓差時(shí)，膜片將彎向壓力低的一側(cè)，因此能夠?qū)毫ψ儞Q為直線(xiàn)位移。第34頁(yè)/共38頁(yè)五、電感傳感器在粗糙度測(cè)量中的應(yīng)用五、電感傳感器在粗糙度測(cè)量中的應(yīng)用 手持式粗糙度儀手持式粗糙度儀 觸針觸針: : 金剛石圓錐；金剛石圓錐； 針尖圓弧半徑：針尖圓弧半徑：5m5m； 可存儲(chǔ)可存儲(chǔ)500500個(gè)粗糙度參