第六講 電感式傳感器課件

1、第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器目錄1電感電感傳感器測(cè)量電路傳感器測(cè)量電路23電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性4小結(jié)小結(jié)電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.11.1 工作原理工作原理氣隙變小，電感變大，電流變小氣隙變小，電感變大，電流變小2LUUUIZXfL20 2WALW：線圈匝數(shù)；A ：氣隙的有效截面積0 ：真空磁導(dǎo)率；：氣隙。 線性關(guān)系？線性關(guān)系？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性 待測(cè)量待測(cè)量磁路磁阻磁阻變化線圈電感電感(L(L/M)變化U

2、/I/F常用來(lái)檢測(cè)位移位移、振動(dòng)振動(dòng)、力力、應(yīng)變應(yīng)變、流量流量、比重比重等； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、性能良好、寬范圍；按轉(zhuǎn)換原理可分為：1.11.1 工作原理工作原理按磁路幾何參數(shù)磁路幾何參數(shù)變化分 變間隙式 變面積式 螺管式第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.11.1 工作原理工作原理第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.21.2 自感式傳感器自感式傳感器- - 帶氣隙的鐵心線圈變間隙型電感傳感器變間隙型電感傳感器(1) 變間隙式變間隙式自感傳感器mRWL2W 為線圈匝數(shù)；Rm為磁

3、路總磁阻。1212002 2mllRAAAA 連接電路？連接電路？信號(hào)形式？信號(hào)形式？線性關(guān)系？線性關(guān)系？傳感器結(jié)構(gòu)？傳感器結(jié)構(gòu)？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性(2) 變面積式變面積式自感傳感器電感傳感器特性 (3) 螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器1線圈；2銜鐵121202mllRAAA2202mWRLWA1.21.2 自感式傳感器自感式傳感器- - 帶氣隙的鐵心線圈第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(1)-(1)差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器 一、二次繞

4、組間的互感能隨銜鐵的移動(dòng)而變化 兩個(gè)（若干個(gè)）二次繞組反向串接反向串接，以差動(dòng)方式輸出同一線框繞制！第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性線圈N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流全波整流電路的要求正確地正確地連接起來(lái)交流激磁電壓感應(yīng)電壓同名端同名端如何連接？1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(1)-(1)差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器反向串接反向串接變隙式差動(dòng)變壓器(有原邊激勵(lì)繞組)變面積差動(dòng)變壓器第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性差動(dòng)變壓器輸出電壓特性曲線零點(diǎn)殘余電壓誤差因素零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)溫度變化、

5、激勵(lì)頻率結(jié)構(gòu)對(duì)稱性銅耗、漏磁特性改造a）非相敏檢波 b）相敏檢波1理想特性曲線 2實(shí)際特性曲線 差動(dòng)變壓器靈敏度一般可達(dá)0.55V/mm，行程越小，靈敏度越高。 為提高靈敏度,勵(lì)磁電壓在10V左右為宜,電源頻率以110kHz為好。 差動(dòng)變壓器線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右。 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性差動(dòng)差動(dòng)傳感器靈敏度？測(cè)量誤差？20 2WAL21011(1/ )2()WALLLL 21022(1/ )2()WALLLL 螺線管差動(dòng)電感傳感器（無(wú)原邊激勵(lì)繞組）1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(2)-(2)螺管差動(dòng)電感

6、傳感器螺管差動(dòng)電感傳感器第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性當(dāng)當(dāng)/1/1時(shí)，可將上式展開(kāi)成級(jí)數(shù)：時(shí)，可將上式展開(kāi)成級(jí)數(shù)：2123311 LLLLLL2223321 LLLLLL1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(2)-(2)螺管差動(dòng)電感傳感器螺管差動(dòng)電感傳感器高次項(xiàng)高次項(xiàng)的存在是造成非線性非線性的原因若不考慮包括2次項(xiàng)以上的高次項(xiàng),則 L第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.31.3 互互感式傳感器感式傳感器-(2)-(2)螺管差動(dòng)電感傳感器螺管差動(dòng)電感傳感器（電感量）（電感量）差動(dòng)時(shí)：

7、差動(dòng)時(shí)：2412212LLLLL2LLS靈敏度：靈敏度：1-差動(dòng)線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-測(cè)桿 5-工件 3為1、2合成的差動(dòng)特性第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng) 電渦流線圈與金屬板的距離x 減小電渦流線圈的等效電感L 減小,等效電阻R 增大。感抗XL 的變化比R的變化大得多，流過(guò)電渦流線圈的電流i1增大。 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器圖 電渦流傳感器等效電路 121111UIMjIL

8、jIR012222IMjILjIR可得 、 , 傳感器線圈的復(fù)阻抗為222222212222222111)()(LLRMLjRLRMRIUZ1I2I等效為短路環(huán)1()ZRj Lf ifxr、 、 、 、 、檢測(cè)深度與激勵(lì)源頻率有何關(guān)系？屬于接觸式測(cè)量還是非接觸式測(cè)量？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器集膚效應(yīng)激勵(lì)源頻率f工件的電導(dǎo)率磁導(dǎo)率 等有關(guān) 當(dāng)高頻（100kHz左右）信號(hào)源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時(shí)，將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)H1。如被測(cè)導(dǎo)體置于該交變磁場(chǎng)范圍之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體就產(chǎn)生

9、電渦流i2。 i2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為集膚（趨膚）效應(yīng)。頻率f越高,電渦流的滲透的深度就越淺,集膚效應(yīng)越嚴(yán)重第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器檢測(cè)深度的控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測(cè)導(dǎo)體表面的各種物理參數(shù)。改變f可控制檢測(cè)深度。激勵(lì)源頻率一般設(shè)定在100kHz1MHz。頻率越低，檢測(cè)深度越深。 間距x的測(cè)量：如果控制上式中的i1、f、r不變,電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù),這樣就成為非接觸地測(cè)量位移的傳感器。多種用途：如果控制x、i1、f

10、不變，就可以用來(lái)檢測(cè)與表面電導(dǎo)率有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來(lái)檢測(cè)與材料磁導(dǎo)率有關(guān)的材料型號(hào)、表面硬度等參數(shù)。 非接觸測(cè)量，不易受油液介質(zhì)影響； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，靈敏度高，最高分辨率達(dá)0.05微米； 頻率響應(yīng)范圍寬（010kHz），適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器電渦流式傳感器的類型(1) 高頻反射式電渦流傳感器 1電渦流線圈 2探頭殼體3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋4印制線路板 5夾持螺母6電源指示燈 7閾值指示燈8輸出屏蔽電纜線 9電纜插頭 有一個(gè)固定在框架上的扁平線圈組成，線圈

11、可以粘貼在框架的端部，也可以繞在框架端部的槽內(nèi)。第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器1 1 電感傳感器原理與特性電感傳感器原理與特性1.41.4 電渦流電渦流傳感器傳感器電渦流式傳感器的類型(2) 低頻透射式電渦流傳感器采用低頻激勵(lì)，因而有較大的有較大的貫穿深度貫穿深度，適合于測(cè)量金屬材料的厚度。 低頻透射式電渦流傳感器原理圖及特性探頭的直徑與測(cè)量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？探頭的直徑與測(cè)量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？ 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.1 2.1 電感電橋電感電橋 被測(cè)量線圈電感變化電橋電路的 U or I 輸出。 差動(dòng)式結(jié)構(gòu)

12、可提高靈敏度，改善線性多采用雙臂雙臂橋圖 交流電橋的幾種形式(a)電阻平衡臂電橋； (b)變壓器式電橋； (c)緊耦合電感臂電橋通過(guò)變壓器加載供電直接加交流電壓源供電第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.1 2.1 電感電橋電感電橋a. 電容傳感器電容傳感器差動(dòng)差動(dòng)電橋電橋b. 電感傳感器電感傳感器差動(dòng)電橋差動(dòng)電橋211202ZZZZUU111CjZ221CjZ0121202 2CCUCCCCUU211202ZZZZUU11LjZ22LjZ211202LLLLUU111LjRZ222LjRZ)()()()(2121212120LLjRRLLjRR

13、UU不同于差動(dòng)變壓器不同于差動(dòng)變壓器 1020CCCCCC；LL真正的對(duì)稱平衡點(diǎn)？真正的對(duì)稱平衡點(diǎn)？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.2 2.2 電感傳感器電感傳感器相敏相敏檢波檢波電路電路相敏檢波(整流)電路是具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和選頻選頻能力能力的檢波電路。正半周：VD1、VD4導(dǎo)通1122102 RRRRZVUVVZV 負(fù)半周：VD2、VD3導(dǎo)通120 RRUVV相敏檢波(整流)可以鑒別 a.位移(x)移動(dòng)方向 b.位移大小正負(fù)半波均正負(fù)半波均差差值值 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2

14、.2 2.2 電感傳感器電感傳感器相敏相敏檢波檢波電路電路傳感器輸出的調(diào)幅波電壓調(diào)幅波電壓被測(cè)量被測(cè)量參考信號(hào)參考信號(hào)(門控作用)輸出輸出信號(hào)信號(hào)相敏檢波電路同頻、同相(或反相)。121max2maxscscuuuu1u 2u 1scu 2scu 3412max122max22max12 2scfscfscfD DuuirRuuirRuiiirR1221max111max21max12 2scfscfscfD DuuirRuuirRuiiirRrrrr第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.3 2.3 差動(dòng)整流差動(dòng)整流測(cè)量電路測(cè)量電路*u0adc銜

15、鐵usrb*oscabcduuuu銜鐵銜鐵零位零位銜鐵上移銜鐵上移銜鐵下移銜鐵下移同樣能區(qū)分大同樣能區(qū)分大小和移動(dòng)方向小和移動(dòng)方向第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.3 2.3 差動(dòng)整流差動(dòng)整流測(cè)量電路測(cè)量電路 若1、2虛焊，Uao、 Ubo將變成什么波形？第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.3 2.3 差動(dòng)整流差動(dòng)整流測(cè)量電路測(cè)量電路例例：用差動(dòng)式電感傳感器進(jìn)行位移檢測(cè)，畫出其電感位移關(guān)系曲線圖。說(shuō)明相敏檢波器的作用？*u0abc銜鐵usrD1D2uabubcusc上移uabubcusc平衡位

16、uabubcusc下移tttttttttusrt激勵(lì)相敏檢波器的作用:(1)消除LS輸出的零位殘余電壓；(2)區(qū)分銜鐵移動(dòng)方向第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.4 2.4 諧振式測(cè)量電路諧振式測(cè)量電路 諧振法諧振法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。傳感器線圈與電容并聯(lián)傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LCLC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振回路。 金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的影響。穩(wěn)頻、穩(wěn)幅振蕩電壓(100kHz1MHz）第六講第六講 電感式傳

17、感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路2.4 2.4 諧振式測(cè)量電路諧振式測(cè)量電路調(diào)頻（調(diào)頻（FM）式電路）式電路(100kHz1MHz） 當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x 改變時(shí)，電渦流線圈的電感量L 也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。 第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用電感測(cè)微頭電感測(cè)微頭1引線電纜 2固定磁筒3銜鐵 4線圈5測(cè)力彈簧 6防轉(zhuǎn)銷 7鋼球?qū)к?直線軸承) 8測(cè)桿 9密封套 10測(cè)端 11被測(cè)工件12基準(zhǔn)面

18、分辨率高，可測(cè)量機(jī)械位移0.1m，角位移0.1角秒第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用扭矩檢測(cè)扭矩檢測(cè)第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置1氣缸 2活塞 3推桿 4被測(cè)滾柱 5落料管 6電感測(cè)微器 7鎢鋼測(cè)頭 8限位擋板 9電磁翻板 10容器（料斗） 落料振動(dòng)臺(tái)滑道11個(gè)分選倉(cāng)位廢料倉(cāng)滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用仿形機(jī)床中的應(yīng)用仿形機(jī)床中的應(yīng)用 1標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板2測(cè)端（靠模輪） 3電感測(cè)微器 4銑刀龍門框架 5立

19、柱 6伺服電動(dòng)機(jī) 7銑刀 8毛坯 仿形頭仿形頭主主軸軸第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 差動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)力轉(zhuǎn)換為位移張力測(cè)量張力測(cè)量第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用圓度計(jì)圓度計(jì)-采用旁向式電感測(cè)微頭測(cè)量頭測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用 1壓力輸入接頭 2波紋膜盒 3電纜 4印制線路板 5差動(dòng)線圈 6銜鐵 7電源變壓器 8罩殼 9指示燈 10密封隔板 11安裝底座壓力測(cè)量壓力測(cè)量第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感

20、器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用高頻反射式渦流測(cè)厚渦流測(cè)厚儀測(cè)試系統(tǒng)框圖渦流振幅測(cè)量渦流振幅測(cè)量 1被測(cè)體；2傳感器探頭第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用手持式裂紋測(cè)量?jī)x手持式裂紋測(cè)量?jī)x油管探傷油管探傷第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用安安檢檢門門演演示示當(dāng)有金屬物體穿當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時(shí)報(bào)警越安檢門時(shí)報(bào)警第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器3 3 電感傳感器應(yīng)用電感傳感器應(yīng)用電渦流涂層厚度儀電渦流涂層厚度儀 測(cè)量注塑機(jī)開(kāi)合模的間隙測(cè)量注塑機(jī)開(kāi)合模

21、的間隙第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路4 4 小結(jié)小結(jié) 思考思考 R/C/L 參數(shù)檢測(cè)電路的比較（結(jié)構(gòu)、輸出關(guān)系式？.） 電感電感 傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)？ 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)自感、互感自感、互感（結(jié)構(gòu)型）（結(jié)構(gòu)型）傳感器傳感器原理、特點(diǎn)原理、特點(diǎn)多種基本電路（相敏檢波、整流多種基本電路（相敏檢波、整流.）原理、輸出特性）原理、輸出特性應(yīng)用電感傳感器的物理量應(yīng)用電感傳感器的物理量檢測(cè)方法檢測(cè)方法、傳感器應(yīng)用、傳感器應(yīng)用第六講第六講 電感式傳感器電感式傳感器2 2 電感傳感器測(cè)量電路電感傳感器測(cè)量電路 作業(yè)作業(yè)預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2（做什么、怎么做、為什么）（做什么、怎么做、為什么）思考思考: : 如何消除電感傳感器殘余電壓？如何消除電感傳感器殘余電壓？ 相敏檢波的數(shù)學(xué)依據(jù)？與物理方法如何對(duì)相敏檢波的數(shù)學(xué)依據(jù)？與物理方法如何對(duì)應(yīng)？應(yīng)？ 配置檢波電路的技術(shù)要求？配置檢波電路的技術(shù)要求？習(xí)題習(xí)題 p114、115：4.19、4.21、4.23（說(shuō)明原理特點(diǎn)） 補(bǔ)充題6-1（見(jiàn)下頁(yè)）本本PPT