第4章电感传感器ppt课件

1、第四章 电感式传感器 电感式传感器的基本原理是将被测量电感式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成线圈电感量自感或互感的变化转换成线圈电感量自感或互感的变化，再经过转换电路变成电信号输出。的变化，再经过转换电路变成电信号输出。第一节第一节 自感式电感传感器自感式电感传感器1.变间隙型：变间隙型：2.变面积型变面积型3.螺线管型螺线管型4.差动型差动型线圈电感算式：线圈电感算式： N -线圈匝数。线圈匝数。 Rm - 磁路总磁阻。磁路总磁阻。mRNL2电感传感器的基本工作原理演示电感传感器的基本工作原理演示F F220V准备工作准备工作电感传感器的基本工作原理演示电感传感器的基本工作原理演示气隙

2、变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F一、自感式电感传感器的工作原理一、自感式电感传感器的工作原理 （一变间隙型电感传感器（一变间隙型电感传感器 AAlAlRm022112AAlAlNRNLm02211222 磁路总磁阻：磁路总磁阻：故：故：1200 考虑铁磁材料的磁阻相对很小，那么：考虑铁磁材料的磁阻相对很小，那么：220202ANANL特点：灵敏、线特点：灵敏、线性差、装配难性差、装配难 输出特性输出特性L与与之间是非线性关系，之间是非线性关系， 特性曲线如图所示。特性曲线如图所示。2022ANRNLm 变间隙式电感传感器的L-特性分析：分析：当衔铁处于初始位置时，初始

3、电感量为当衔铁处于初始位置时，初始电感量为 02002ANL （4-7） 当衔铁上移时，传感器气隙减小，即=0， 则此时输出电感为0000201)(2LANLLL（4-8） 当/01时台劳级数）： 30200001LLLL（4-9） 可求得电感增量L和相对增量L/L0的表达式，即 200002000011LLLL(4-10)(4-11)同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动时，电感减小有 3020000302000011LLLL（4-13） 对式4-11）、（4-13作线性处理，即忽略高次项后，可得 00LL（4-14） 0001LLLL灵敏度为 0001LLK可见：变间隙式电感传感器的测量范

4、围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移（ 附近） 的场合。 0v衔铁上移 v切线斜率变大与0K20000011LLK20000011LLKv衔铁下移v切线斜率变小 与线性度v衔铁上移：23000LL非线性部分23000LL非线性部分v衔铁下移：v无论上移或下移，非线性都将增大。sUL1L2RoRooU122131铁 芯 ；2线 圈 ；3衔 铁为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。 （与差动电容传感器类似）衔铁上移：两个线圈的电感变化量L1、L2分别由式4-10及式4-12表示， 差动传感器电感的总变化量L=L1+L2, 具体表达式为 4020

5、002112LLLL（4-21） 对上式进行线性处理, 即忽略高次项得 002LL（4-22） 灵敏度K0为 0002LLK（4-23） 比较单线圈式和差动式： （晓得） 差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍。 差动式的非线性项(忽略高次项)：单线圈的非线性项忽略高次项)：由于/0 U68 ，则U2 0；而当衔铁在零位以下时， 则有U24 U68，则U2 0且u2与u0均为正半周x 0且u2与u0均为负半周*u1)2(122LLLRRuRux 0，正半周)2(121LLLRRuRux 0，负半周u22正u21正1:11:1要会分析 由图 （a）、（c）、 (d)可知, 当位移x 0时

6、, u2与u0同频同相, 当位移x 0时, u2与u0为同频同相, 当u2与u0均为正半周时, 见图 4 - 15a）, 环形电桥中二极管VD1、D4截止, VD2、VD3导通, 则可得图b的等效电路。 根据变压器的工作原理, 考虑到O、M分别为变压器T1、 T2的中心抽头, 则有 u01= u02= u21= u22= 式中 n1, n2为变压器T1、T2的变比(按1:1计算）。采用电路分析的基本方法, 可求得图 （b所示电路的输出电压uL的表达式: 202nu122nu）（22)2()2(112122LLLLLRRnuRRRuRu0)(01220122LLLLRuRuuuRuuu 同理当u

7、2与u0均为负半周时, 二极管VD2、VD3截止, VD1、 VD4导通。 其等效电路如图 （c所示M端总为正）, 输出电压uL 表达式与式22相同, 说明只要位移x0, 不论u2与u0是正半周还是负半周，负载RL两端得到的电压uL始终为正。 当x0时,u2与u0为同频反相。采用上述相同的分析方法不难得到当x 0与u1同相x0与u1反相不是u2的整流，有比例关系 所以上述相敏检波电路输出电压uL的变化规律充分反映了被测位移量的变化规律, 即uL的值反映位移x的大小, 而uL的极性则反映了位移x的方向。（注：U0频率很高，负载与电感电源串联，电感有滤波作用，所以负载电压较平滑，反映位移量变化 ）

8、 差动变压式传感器的应用差动变压式传感器的应用 差动变压器式传感器可以直接用于位移测量差动变压器式传感器可以直接用于位移测量, 也可以测量与位也可以测量与位移有关的任何机械量移有关的任何机械量, 如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。等。 所示为差动变压器式加速度传感器的结构示意图。所示为差动变压器式加速度传感器的结构示意图。 它由悬臂它由悬臂梁梁 1 和差动变压器和差动变压器 2 构成。测量时构成。测量时, 将悬臂梁底座及差动变压器的将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定线圈骨架固定, 而将衔铁的而将衔铁的A端与被测振动体相连。端与被测振动体相连。

9、当被测体带动当被测体带动衔铁以衔铁以x(t)振动时振动时, 导致差动变压器的输出电压也按相同规律变导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。化。 三、电感式传感器的应用三、电感式传感器的应用（一位移测量螺管型）（一位移测量螺管型）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电感测微仪的电感测微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（二力和压力测量（二力和压力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弹性体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（三振动和加速度测量（三振动和加速度测量（四液位测量

10、（四液位测量衔铁衔铁差动差动变压器变压器弹簧弹簧壳体壳体一、位移测量 轴向式电感轴向式电感 测微器的外形测微器的外形 航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头其他电感测微头其他电感测微头轴向式电感测微轴向式电感测微器的内部结构器的内部结构 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 电感式滚柱直径分选装置电感式滚柱直径分选装置 滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置 1 1气缸气缸 2 2活塞活塞 3 3推杆推杆 4 4被测滚柱被测滚柱 5 5落料管落料管 6 6电感测电感测微器微器 7 7钨钢测头耐磨）钨钢测

11、头耐磨） 8 8限位挡板限位挡板 9 9电磁翻板电磁翻板 1010容器料斗）容器料斗） 气通气关测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子电感式滚柱直径分选装置外形）电感式滚柱直径分选装置外形） 滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）（参考中原量仪股份有限公司资料）电感式滚柱直径分电感式滚柱直径分选装置外形选装置外形落料振动台落料振动台滑道滑道11个分选仓位个分选仓位（参考无锡市通达滚（参考无锡市通达滚子有限公司资料）子有限公司资料）废料仓废料仓电感式滚柱直径分选装置机械结构放大）电感式滚柱直径分选装置机械结构放大）汽缸汽缸控制键盘控制键盘可设定可设定尺寸数据，尺寸

12、数据，如将如将03um放入同一放入同一仓位）仓位）直径测微装置直径测微装置长度测微装置长度测微装置滑道滑道机械及气动元件机械及气动元件电感测微器电感测微器汽缸汽缸 气水分离器（供气三联件）储气罐储气罐导气管导气管 气压表（0.4MPa左右）三、电感传感器在仿形机床中的应用三、电感传感器在仿形机床中的应用 1 1标准靠模标准靠模样板样板 2 2测测端靠模轮）端靠模轮） 3 3电感测微电感测微器器 4 4铣刀龙门铣刀龙门框架框架 5 5立立柱柱 6 6伺服电动伺服电动机机 7 7铣刀铣刀 8 8毛坯毛坯 仿形铣床外形仿形铣床外形 仿形机床采用仿形机床采用 闭环工作方式闭环工作方式仿形头仿形头主主轴轴四、电感式不圆度计原理四、电感式不圆度计原理 该圆度计采用旁向式电感测微头该圆度计采用旁向式电感测微头电感式不圆度测试系统电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头电感式不圆度测量系统外形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）（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘旋转盘测量测量头头不圆度测量打印不圆度测量打印五、压力测量五、压力测量 1压力输入压力输入接头接头 2波纹膜盒波纹膜盒 3电缆电缆 4印制线路印制线路板板 5差动线圈差动线圈 6衔铁衔铁 7电源变压电源变压器器 8罩壳罩壳 9