第四章电感传感器学习教案

1、会计学1第四章电感第四章电感(din n)传感器传感器第一页，共30页。（二）变面积（二）变面积(min j)(min j)型电容传感器型电容传感器220202ANANL仍有：仍有：两种传感器的特性两种传感器的特性(txng)曲线曲线特点：灵敏特点：灵敏(ln mn)稍稍差、线性较差、线性较好、量程大好、量程大。第1页/共30页第二页，共30页。（三）螺线管型电感式传感器（三）螺线管型电感式传感器线圈线圈(xinqun)衔铁衔铁(xinti)0mal)1(422222aamrlrllNL总长总长(zngzhng)线圈半径线圈半径插入长度插入长度衔铁半径衔铁半径特点：灵敏稍差、线性好、量程特点：

2、灵敏稍差、线性好、量程大、易批量生产。大、易批量生产。第2页/共30页第三页，共30页。（四）差动式电感（四）差动式电感(din n)(din n)传感器传感器 结构：两个线圈几何尺寸完全相同结构：两个线圈几何尺寸完全相同 铁心安装完全对称铁心安装完全对称(duchn)(duchn)。 特点：提高灵敏度、改善线性度、对温度变化、易于补偿特点：提高灵敏度、改善线性度、对温度变化、易于补偿电源频率变化影响。电源频率变化影响。+L-L螺线管型螺线管型变间隙型变间隙型变面积型变面积型+L-L+L-L第3页/共30页第四页，共30页。二、自感二、自感(z n)(z n)式电感传感器的测量电式电感传感器的

3、测量电路路 - -交流交流电桥电桥（一）电阻平衡臂电桥（一）电阻平衡臂电桥 LZ考虑考虑(kol)：输出对称输出对称(duchn)电桥，单臂测量时：电桥，单臂测量时：ZZUU40双臂差动测量时：双臂差动测量时：LLUZZUU220+L-L第4页/共30页第五页，共30页。（二）变压器式电桥（二）变压器式电桥(din qio)(din qio)220UUUZ21122ZZZZU2221UZZZU+Z-Z当衔铁当衔铁(xinti)上移，使上移，使Z1=Z+Z，Z2=Z-Z时，时，ZZUU20第5页/共30页第六页，共30页。* * 一种一种(y zhn)(y zhn)带有相敏整流的交流电桥带有相敏

4、整流的交流电桥电压表读数大小电压表读数大小(dxio)反映衔反映衔铁的位移；电压表极性反映移铁的位移；电压表极性反映移动方向。动方向。+L-L交交流流电电源源电电源源指指示示 衔铁衔铁(xinti)在中间位置时在中间位置时,无论正负半周，无论正负半周，C、D两点等电两点等电位，电桥平衡，输出位，电桥平衡，输出UCD=0V。第6页/共30页第七页，共30页。当衔铁上移，当衔铁上移，D D点将比点将比C C点电位点电位(din wi)(din wi)高，认为电压表正偏。高，认为电压表正偏。24221111CCABCCABDBCBCDZRZZUZRZZUUUU+ +- -Z1Z2电源正半周电源正半周

5、电路分析电路分析当衔铁上移当衔铁上移+L-L第7页/共30页第八页，共30页。当衔铁当衔铁(xinti)(xinti)上移，负半周上移，负半周D D也比也比C C点电位高，电压表仍正偏点电位高，电压表仍正偏。：。：+L-L+ +- -Z1Z2电源负半周电源负半周电路分析电路分析当衔铁上移当衔铁上移22111322ZRZZUZRZZUUUUCCBACCBABCBDCD第8页/共30页第九页，共30页。结论：无论正负半周，只要结论：无论正负半周，只要(zhyo)(zhyo)衔铁上移，电压表衔铁上移，电压表头就正转。头就正转。 位移越多，指针偏转越大。位移越多，指针偏转越大。同理：无论正负半周，只要

6、同理：无论正负半周，只要(zhyo)(zhyo)衔铁下移，电压表衔铁下移，电压表头就反转。头就反转。 位移越多，指针偏转越大。位移越多，指针偏转越大。（三）紧耦合电感（三）紧耦合电感(din n)(din n)臂电桥臂电桥该电路该电路(dinl)(dinl)理论分析略。理论分析略。第9页/共30页第十页，共30页。第二节第二节 差动变压器差动变压器一、工作一、工作(gngzu)(gngzu)原理原理22212EEE当铁心当铁心(ti xn)(ti xn)位于正中，位于正中，02E当铁心当铁心(ti xn)(ti xn)左移，左移，E2E2增大增大原边原边副边副边1 1副边副边2 2* * *

7、*+ + +- - -注意同名端注意同名端当铁心右移，当铁心右移，E2E2减小减小因两个副边反向串联因两个副边反向串联原边原边副边副边1 1副边副边2 2铁心铁心第10页/共30页第十一页，共30页。21211212)()(LRUMMEE2E2的计算的计算(j (j sun)sun)： 差动变压器的输出特性曲线差动变压器的输出特性曲线(qxin)(qxin)： 差动变压差动变压器运行中存在器运行中存在的问题：的问题： 零点残余零点残余电动势电动势 由于差动由于差动变压器无法变压器无法(wf)(wf)做到两做到两个副边的感应个副边的感应电动势完全对电动势完全对称，所以即使称，所以即使没有位移输入

8、没有位移输入，电路也会输，电路也会输出一定的电动出一定的电动势势E0E0。第11页/共30页第十二页，共30页。减小零点减小零点(ln din)(ln din)残余电动势的方法：残余电动势的方法：1.1.从制造工艺上减小残余电动势。从制造工艺上减小残余电动势。2.2.选择利于消除残余电动势的测量电路。选择利于消除残余电动势的测量电路。3.3.采用补偿电路采用补偿电路, ,调整元件参数调整元件参数, ,消除残余电动势。消除残余电动势。减小残余电动势的减小残余电动势的补偿补偿(bchng)(bchng)电路电路第12页/共30页第十三页，共30页。二、差动变压器的测量二、差动变压器的测量(clin

9、g)(cling)电路电路（一）差动相敏检波（一）差动相敏检波(jinb)(jinb)电路电路交交流流电电源源同相或反相（设同相）同相或反相（设同相）输出输出 当铁心位于正中当铁心位于正中(zhngzhng)(zhngzhng)时，电路对称，输出交流，平均为时，电路对称，输出交流，平均为0 0。第13页/共30页第十四页，共30页。电压输出：电压输出：EUU20EU一般来说：一般来说：电源正半周电路分析电源正半周电路分析当衔铁下移当衔铁下移E2+ +- -EEee- -+ + + +- - -第14页/共30页第十五页，共30页。电压输出电压输出：EUU20平均为负。平均为负。结论：结论：衔铁

10、下移，平均输出为负衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，平均输出为正！；衔铁上移，平均输出为正！电源负半周电路分析电源负半周电路分析当衔铁下移当衔铁下移eeE2EE2/U2/U+ +- -+ + +- - -第15页/共30页第十六页，共30页。（二）差动整流（二）差动整流(zhngli)(zhngli)电路电路e-e-e e电路电路e+e+e ee e+ +- - -+ + +- -e-e-e ee+e+e e简单电路简单电路+ +- -e e+ + +- - -差动放大差动放大差动放大差动放大衔铁下移，输出为正；衔铁下移，输出为正；衔铁上移，输出为负！衔铁上移，输出为负！第16页/共30页第十

11、七页，共30页。三、电感式传感器的应用三、电感式传感器的应用(yngyng)(yngyng)（一）位移（一）位移(wiy)(wiy)测量测量电感测微仪电感测微仪-LL直直流流电电压压交交流流电电源源第17页/共30页第十八页，共30页。电感电感(din n)(din n)测微测微仪的仪的轴向测试头轴向测试头引线引线线圈线圈衔铁衔铁弹簧弹簧导杆导杆测端测端（二）力和压力（二）力和压力(yl)(yl)测量测量衔铁衔铁线圈线圈线圈线圈罩壳罩壳插座插座膜膜盒盒接接头头弹性体弹性体差动变压器式力传感器和微压力传感器差动变压器式力传感器和微压力传感器第18页/共30页第十九页，共30页。（三）振动（三）振

12、动(zhndng)(zhndng)和加速度测量和加速度测量（四）液位测量（四）液位测量(cling)(cling)衔铁衔铁(xinti)差动差动变压器变压器弹簧弹簧壳体壳体第19页/共30页第二十页，共30页。第三节电涡流第三节电涡流(wli)(wli)式传式传感器感器利用利用(lyng)(lyng)涡流效应原理制造的传感器。涡流效应原理制造的传感器。一、电涡流式传感器的复阻抗一、电涡流式传感器的复阻抗222222212222222111)()(LLRMLjRLRMRIUZZ等效电阻等效电阻R R等效电感等效电感L L原理图原理图等效电路等效电路等效等效阻抗阻抗距离距离 互感互感M M 第20

13、页/共30页第二十一页，共30页。二、高频二、高频(o pn)(o pn)反射式电涡流传感器反射式电涡流传感器金金属属物物体体 高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导体之间的磁性耦合程度的变化测量距离。体之间的磁性耦合程度的变化测量距离。 金属物体的电导率越高，测量灵敏度越高。金属物体的电导率越高，测量灵敏度越高。线圈线圈框架框架框架框架衬套衬套固定螺母固定螺母电缆电缆第21页/共30页第二十二页，共30页。三、低频透射三、低频透射(tu sh)(tu sh)式电涡流传感器式电涡流传感器接收线圈接收线圈发射线圈发射线圈涡流及涡流及磁场磁场 金属板越厚，接收

14、侧磁场越弱，接收线圈的感应电金属板越厚，接收侧磁场越弱，接收线圈的感应电压压u u2 2 越小。发射线圈的电源频率取越小。发射线圈的电源频率取1kHz1kHz左右。左右。发发射射磁磁场场接收接收侧侧磁场磁场teu2)(ft第22页/共30页第二十三页，共30页。四、测量四、测量(cling)(cling)电路电路（一）电桥（一）电桥(din qio)(din qio)电路电路ZZ两个两个(lin (lin )差动涡差动涡流线圈流线圈第23页/共30页第二十四页，共30页。（二）谐振（二）谐振(xizhn)(xizhn)法测量电路法测量电路LCf210CRLZ0并联谐振并联谐振(xizhn)(x

15、izhn)的谐振的谐振(xizhn)(xizhn)频率：频率：并联并联(bnglin)(bnglin)谐振时谐振时的阻抗最大：的阻抗最大： 线圈电感的变化，会引起（线圈电感的变化，会引起（1 1）振荡电路阻抗变化；）振荡电路阻抗变化； （2 2）谐振频率变化。）谐振频率变化。因此，测量这两种的任一种都可以测出电感量的变化。因此，测量这两种的任一种都可以测出电感量的变化。（1 1）调幅式测量电路）调幅式测量电路（L ZL Z变化变化 输出变化）输出变化）第24页/共30页第二十五页，共30页。（2 2）调频）调频(dio pn)(dio pn)式测量电路式测量电路（L L 振荡频率振荡频率(pn

16、l)(pnl)变化）变化）传感器传感器分布分布(fnb)(fnb)电容电容第25页/共30页第二十六页，共30页。五、电涡流五、电涡流(wli)(wli)式传感器的应用式传感器的应用（一）测量位移（一）测量位移被测零件被测零件涡流传感器涡流传感器被测零件被测零件涡流传感器涡流传感器涡流传感器涡流传感器机械轴机械轴振形图振形图测量测量机械轴机械轴（二）测量振动（二）测量振动动态位移动态位移测量测量第26页/共30页第二十七页，共30页。（三）测量（三）测量(cling)(cling)转速转速被测被测零件零件(ln jin)(ln jin)涡流涡流(wli)(wli)传感器传感器被测被测零件零件涡流涡流传感器传感器60Nfn 设测出脉冲频率为设测出脉冲频率为f f（HzHz），被测零件齿数为），被测零件齿数为N N，则轴的转速为：，则轴的转速为：（转（转/ /分）分）第27页/共30页第二十八页，共30页。（四）测量（四）测量(cling)(cling)厚度厚度涡流涡流传感器传感器1 1涡