4.1.1自感式傳感器測量位移

●項目——位移檢測●任務——軸承滾柱直徑檢測電感式傳感器測量位移?任務導入●在裝配軸承滾柱時，為保證軸承的質量，一般要先對滾柱的直徑進行分選，各滾柱直徑的誤差在幾個微米，因此要進行微位移檢測。?電感式傳感器●電磁感應：當穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，就會產生感應電動勢，這種現(xiàn)象稱為電磁感應。電感式傳感器測量位移電感式傳感器是利用電磁感應原理，將被測非電量轉換成線圈電感（或互感系數(shù)）的變化的一種機電轉換裝置。電感式傳感器輸入的各種機械物理量如位移、振動、壓力、應變、流量、比重等參數(shù)電能量自感式互感式?自感式傳感器工作原理自感式傳感器被測量的變化自感L的變化自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵3部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁性材料制成，其結構如圖所示。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵3部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁性材料制成，其結構如圖所示。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。?自感式傳感器工作原理δ線圈鐵芯銜鐵Δδ●自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵3部分組成?！耔F芯和銜鐵由導磁性材料制成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。●當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵3部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁性材料制成，其結構如圖所示。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵3部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁性材料制成，其結構如圖所示。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。?自感式傳感器工作原理δ線圈鐵芯銜鐵Δδ?自感式傳感器工作原理δ線圈鐵芯銜鐵Δδ變氣隙式變截面積式螺線管式?自感式傳感器工作原理1.變氣隙式自感傳感器●基本工作原理：力F將活動鐵心（稱為銜鐵）往下按，毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。電感式傳感器測量位移F?自感式傳感器工作原理電感量與氣隙厚度成反比電感式傳感器測量位移√氣隙厚度大，電感量變小，感抗小，線路電流大√氣隙厚度小，電感量變大，感抗大，線路電流小●變隙式傳感器靈敏度●靈敏度與初始氣隙厚度有關，呈非線性，為了保證一定的線性度，變氣隙式自感傳感器只能工作在一段很小的區(qū)域，因而只能用于微小位移的測量。為減小誤差實際測量多采用差動形式。?自感式傳感器工作原理●在實際使用中，常采用兩個相同的傳感線圈共用一個銜鐵，構成差動式自感傳感器，兩個線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。電感式傳感器測量位移1.變氣隙式自感傳感器——差動式自感式傳感器1-差動線圈2-鐵心3-銜鐵4-測桿5-工件優(yōu)點優(yōu)點√可以改善線性提高靈敏度√溫度變化、電源頻率變化等的影響也可以進行補償，從而減少了外界影響造成的誤差?自感式傳感器工作原理●在實際使用中，常采用兩個相同的傳感線圈共用一個銜鐵，構成差動式自感傳感器，兩個線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸要求完全相同。電感式傳感器測量位移1.變氣隙式自感傳感器——差動式自感式傳感器●差動氣隙式電感傳感器由兩個相同的電感線圈Ⅰ、Ⅱ和磁路組成，測量時，

銜鐵通過導桿與被測位移量相連，當被測體上下移動時，導桿帶動銜鐵也以相同的位移上下移動，使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等,方向相反的變化，導致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動形式?！癫顒幼兿妒絺鞲衅黛`敏度：提高一倍自感式傳感器工作原理2.變截面積式自感傳感器●鐵心與銜鐵之間相對覆蓋面積隨被測量的變化面積改變，導致線圈的電感量發(fā)生變化，這種形式稱之為變面積型電感傳感器。由于漏感等因素，變截面積式電感傳感器在S0為0時，仍有較大的電感，所以其線性區(qū)較小，且靈敏較低。?自感式傳感器工作原理3.螺線管式自感傳感器●其主要元件在螺線管中插入圓柱形鐵芯而構成的。有限長螺線管內部磁場沿軸線非均勻分布，中間強，兩端弱。傳感器工作時，銜鐵在線圈中深入長度的變化將引起螺線管電感量的變化。電感式傳感器測量位移螺線管式電感傳感器?自感式傳感器工作原理3.螺線管式自感傳感器電感式傳感器測量位移螺線管式電感傳感器優(yōu)點缺點結構簡單制作容易但靈敏度稍低適用于測量稍大一點的位移?自感式傳感器工作原理3.螺線管式自感傳感器電感式傳感器測量位移螺線管式電感傳感器差動式電感傳感器對外界影響，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，從而減小了測量誤差。差動式?自感式傳感器測量電路自感式傳感器測量轉換電路電感量的變化電壓或電流的變化交流電橋式變壓器式交流電橋帶相敏檢波的交流電橋及諧振式?自感式傳感器測量電路——電阻平衡臂電橋●相鄰兩工作臂Z1、Z2是差動電感傳感器的兩個線圈阻抗。（Z1、Z2為兩個差動傳感器線圈的復阻抗），另兩個橋臂用平衡電阻R1、R2代替。當銜鐵處于中間位置時橋路平衡：輸出電壓：Uo=0。當銜鐵下移時：下線圈感抗增加，而上線圈感抗減小時。輸出電壓絕對值增大，其相位與激勵源同相。輸出電壓：銜鐵上移時：輸出電壓的相位與激勵源反相。

輸出電壓：交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈電感的相對變化量成正比?自感式傳感器測量電路——電阻平衡臂電橋●電橋兩臂Z1和Z2為傳感器兩線圈的等效阻抗，另外兩臂由交流變壓器的二次繞組構成，電壓均為U2/2。輸出電壓反映了傳感器線圈阻抗的變化還需辯向當鐵芯向一邊移動時，則一個線圈的阻抗增加，即Z1=Z0+?Z，而另一個線圈的阻抗減小，Z2=Z0﹣?Z，代入上式得

當活動鐵心向另一邊（反方向）移動時，則有?自感式傳感器測量電路●定義：在橋路的輸出端接上普通儀表，顯示不出相位和銜鐵的位移方向，如果輸出電壓在送到指示儀前經過一個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）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。電感式傳感器測量位移3.帶相敏整流的交流電橋●相敏檢波電路的輸出電壓為直流，其極性由輸入電壓的相位決定。當銜鐵向下位移時，檢流計的儀表指針正向偏轉。當銜鐵向上位移時，儀表指針反向偏轉。采用相敏檢波電路，得到的輸出信號既能反映位移大小，也能反映位移方向?！駵y量電橋引入相敏整流后，其輸出特性曲線如圖所示