电感传感器课件

第四章电感式传感器第一节自感式电感传感器

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，再经过转换电路变成电信号输出。先看一个实验：

将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。

1.变间隙型：2.变面积型3.螺线管型4.差动型第四章电感式传感器第一节自感式电感传感器电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F一、自感式电感传感器的工作原理

（一）变间隙型电感传感器

磁路总磁阻：故：考虑铁磁材料的磁阻相对很小，则：特点：灵敏、线性差、装配难可见：传感器的灵敏度随气隙的增大而减小。为了改善非线性，气隙的相对变化量要很小，但过小又将影响测量范围。---因此变隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合一、自感式电感传感器的工作原理磁路总磁阻：故：考（二）变面积型电感传感器仍有：两种传感器的特性曲线特点：灵敏稍差、线性较好、量程大。（二）变面积型电感传感器仍有：两种传感器的特性曲线特点：灵敏电感传感器的输出特性a）变隙式电感传感器的-L特性曲线b）变面积式电感传感器的A-L特性曲线1－实际输出特性2－理想输出特性电感传感器的输出特性（三）螺管型电感式传感器线圈衔铁总长线圈半径插入长度衔铁半径特点：灵敏稍差、线性好、量程大、易批量生产，应用广泛。有效磁导率（三）螺管型电感式传感器线圈衔铁总长线圈半径插入长度衔铁半径（四）差动式电感传感器结构要求：两个线圈几何尺寸完全相同铁心安装完全对称。特点：提高灵敏度、改善线性度、可以补偿温度变化、电源频率变化的影响。+ΔL-ΔL螺线管型变间隙型变面积型+ΔL-ΔL+ΔL-ΔL（四）差动式电感传感器结构要求：两个线圈几何尺寸完全二、自感式电感传感器的测量电路-------交流电桥（一）电阻平衡臂电桥

考虑：输出对称电桥，单臂测量时：双臂差动测量时：+ΔL-ΔL可见：输出电压与电感的相对变化量呈近似正比关系。二、自感式电感传感器的测量电路-------交流电桥考虑：输（二）变压器式电桥+ΔZ-ΔZ当衔铁上移，使Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ时，反之：由于是交流电，所以要经过适当电路才能判断衔铁位移的大小和方向（二）变压器式电桥+ΔZ-ΔZ当衔铁上移，使反之：由于是交流*一种带有相敏整流的交流电桥电压表读数大小反映衔铁的位移；电压表极性反映移动方向。+ΔL-ΔL交流电源电源指示衔铁在中间位置时,无论正负半周，C、D两点等电位，电桥平衡，输出UCD=0V。*一种带有相敏整流的交流电桥电压表读数大小反映衔铁的位移；当衔铁上移，D点将比C点电位高，认为电压表正偏。+-Z1Z2电源正半周电路分析当衔铁上移+ΔL-ΔL降低升高当衔铁上移，D点将比C点电位高，认为电压表正偏。+-Z1Z2当衔铁上移，负半周D也比C点电位高，电压表仍正偏。：+ΔL-ΔL+-Z1Z2电源负半周电路分析当衔铁上移当衔铁上移，负半周D也比C点电位高，电压表仍正偏。：+ΔL-结论：无论正负半周，只要衔铁上移，电压表头就正转。位移越多，指针偏转越大。同理：无论正负半周，只要衔铁下移，电压表头就反转。位移越多，指针偏转越大。（三）紧耦合电感臂电桥该电路理论分析略。可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响结论：无论正负半周，只要衔铁上移，电压表头就正转。（三）紧耦第二节差动变压器一、工作原理当铁心位于正中，当铁心左移，E2增大原边副边1副边2***++--注意同名端当铁心右移，E2减小因两个副边反向串联一次绕组原边二次绕组-副边1二次绕组-副边2铁心第二节一、工作原理当铁心位于正中，当铁心左移，E2增大原边E2的计算：

差动变压器的输出特性曲线：差动变压器运行中存在的问题：

零点残余电动势主要是由传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。E2的计算：差动变压器的输出特性曲线：差动变压器运行减小零点残余电动势的方法：1.从制造工艺上减小残余电动势。2.选择利于消除残余电动势的测量电路，如相敏整流电路3.采用补偿电路,调整元件参数,消除残余电动势。减小残余电动势的补偿电路减小零点残余电动势的方法：减小残余电动势的二、差动变压器的测量电路（一）差动相敏检波电路交流电源同相或反相（设同相）输出当铁心位于正中时，电路对称，输出交流，平均为0。二、差动变压器的测量电路（一）差动相敏检波电路交同相或反相（电压输出：一般来说：电源正半周电路分析当衔铁下移+--+++--电压输出：一般来说：电源正半周电路分析当衔铁下移+--+++电压输出：平均为负。结论：衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，平均输出为正！电源负半周电路分析当衔铁下移+-++--电压输出：平均为负。结论：衔铁下移，平均输出为负；衔铁上移，（二）差动整流电路e-△e电路２e+△e２△e～～～～+--++-e-△ee+△e简单电路１+-２△e++--差动放大差动放大衔铁下移，输出为正；衔铁上移，输出为负！（二）差动整流电路e-△e电路２e+△e２△e～～～～+--三、电感式传感器的应用（一）位移测量电感测微仪-ΔL＋ΔLＵ０～直流电压交流电源三、电感式传感器的应用（一）位移测量电感测微仪-ΔL＋ΔLＵ轴向式电感测微器的外形

航空插头红宝石测头电感测微仪的轴向测试头引线线圈衔铁弹簧导杆测端轴向式电感测微器的外形航空插头红宝石测头电感测微仪的引线线其他电感测微头其他电感测微头模拟式及数字式电感测微仪模拟式及数字式电感测微仪（二）力和压力测量衔铁线圈线圈罩壳插座膜盒接头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差动变压器（二）力和压力测量衔铁线圈线圈罩壳插座膜接弹性体差动变压器式压力测量用的膜盒

膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。压力测量用的膜盒膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓（三）振动和加速度测量（四）液位测量衔铁差动变压器弹簧壳体差动变压器液位变化，引起沉筒所受浮力的变化，进而引起衔铁的位移弹簧受力变形，与其连接的衔铁的位移反映了振动的幅度、频率以及加速度的大小（三）振动和加速度测量（四）液位测量衔铁差动弹簧壳体差动变压五、电感式滚柱直径分选装置

1—气缸2—活塞3—推杆4—被测滚柱5—落料管6—电感测微器7—钨钢测头8—限位挡板9—电磁翻板10—容器（料斗）

五、电感式滚柱直径分选装置1—气缸2—活塞3—推电感式滚柱直径分选装置测微仪圆柱滚子电感式滚柱直径分选装置测微仪圆柱滚子电感式滚柱直径分选装置（外形）

滑道分选仓位轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）电感式滚柱直径分选装置（外形）滑道分选仓位轴承滚子外形（参电感式滚柱直径分选装置外形落料振动台滑道11个分选仓位（参考无锡市通达滚子有限公司资料）废料仓电感式滚柱直径分选装置外形落料振动台滑道11个分选仓位（参考电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）汽缸控制键盘直径测微装置长度测微装置滑道电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）汽缸控制键盘直径测微装六、电感传感器在仿形机床中的应用1—标准靠模样板2—测端（靠模轮）3—电感测微器4—铣刀龙门框架5—立柱6—伺服电动机7—铣刀8—毛坯电感测微器六、电感传感器在仿形机床中的应用1—标准靠模样板电仿形铣床外形仿形机床采用闭环工作方式仿形头主轴仿形铣床外形仿形机床采用仿形头主轴七、电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头七、电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头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）旋转盘测量头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不圆度测量打印不圆度测量打印电感式轮廓仪旁向式电感测微头电感式轮廓仪旁向式电感测微头八、电感传感器在粗糙度测量中的应用

——手持式粗糙度仪

•触针:金刚石圆锥；

•针尖圆弧半径：5μm；

•可存储500个粗糙度参数值及4组轮廓数据；

•可进行粗糙度参数的打印；

•可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试；金刚石测头八、电感传感器在粗糙度测量中的应用

——手持式粗粗糙度测量结果打印（1）粗糙度测量结果打印（1）粗糙度测量结果打印（2）粗糙度测量结果打印（2）第三节电涡流式传感器利用涡流效应原理制造的传感器。当通过金属体的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这种物理现象称为涡流效应。当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。第三节电涡流式传感器利用涡流效应原理制造的传感器。当通过金电涡流的应用

——在我们日常生活中经常可以遇到干净、高效的电磁炉电涡流的应用

——在我们日常生活中经常可以遇到电磁炉内部的励磁线圈电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理

高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。电磁炉的工作原理高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，一、电涡流式传感器的复阻抗等效电阻R等效电感L原理图等效电路等效阻抗距离互感M

一、电涡流式传感器的复阻抗等效电阻R等效电感L原理图等效电路二、高频反射式电涡流传感器金属物体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。金属物体的电导率越高，测量灵敏度越高。线圈框架框架衬套固定螺母电缆二、高频反射式电涡流传感器金高频反射式电涡流传感器利三、低频透射式电涡流传感器接收线圈发射线圈涡流及磁场金属板越厚，接收侧磁场越弱，接收线圈的感应电压u2越小。发射线圈的电源频率取1kHz左右。发射磁场接收侧磁场三、低频透射式电涡流传感器接收线圈发射线圈涡流及磁场四、测量电路（一）电桥电路两个差动涡流线圈四、测量电路（一）电桥电路两个差动涡流线圈（二）谐振法测量电路并联谐振的谐振频率：并联谐振时的阻抗最大：线圈电感的变化，会引起（1）振荡电路阻抗变化；（2）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。（1）调幅式测量电路（LZ变化输出变化）（二）谐振法测量电路并联谐振的谐振频率：并联谐振时的阻抗最大（2）调频式测量电路（L振荡频率变化）传感器分布电容（2）调频式测量电路（L振荡频率变化）传感器分布五、电涡流式传感器的应用（一）测量位移被测零件涡流传感器被测零件涡流传感器涡流传感器机械轴振形图测量机械轴（二）测量振动动态位移测量五、电涡流式传感器的应用（一）测量位移被测零件涡流传感器被测（三）