项目电感式传感器教案

(完整(完整word版)工程五、电感式传感器教案工程五电感传式感器进程班级： 日期： 年月日工程五电感传式感器进程1、了解电感传感器的工作原理及分类方法;教学目的2、把握电感传感器传感器的功能及工作特点；与要求3、把握电感传感器的测量方法；4、了解电感传感器的进展方向与应用。(时间安排：4本课重点重点、难点:理解自感式、差动变压器式、涡流传感器的工作原理,与难点把握其性能特点，了解其应用。次序内容1一、自感式传感器2二．变压器式传感器3堂三、电涡流式传感器4四、电感式传感器的应用5五、小结6六、作业7七、板书安排电感式传感器是利用电磁感应转变线圈的自感系数L或互感系数M到达测量位移、压力、流量、振动、LM的变化在电路中又转换为电压或电流的变化输出，从而实现非电量到电量的转换。电感式传感器实现信息的远距离转输、记录、显示和掌握等方面的要求，广泛应用于工业自动掌握系统中。电感式传感器具有构造简洁，工作牢靠，寿命长，灵敏度和区分率高，输出信号强，线性度和重复性好，稳定性好等优点。但是存在沟通零位信号，不宜快速动态测控等缺点。电感式传感器按其工作原理可分为自感式,变压器式和电涡流式等种类器，使读者了解电感式传感器的构造、工作原理、测量方法和应用场合。一、自感式传感器

(完整word版)工程五、电感式传感器教案1、工作原理变磁阻式传感器是一种常用自感式传感器，其构造原理如图5—1所示，由线圈、铁芯和衔铁三局部组成。铁芯和衔铁由导磁材料〔坡莫合金或硅钢片)制成.活动衔铁与铁芯之间存在气隙，厚度为.传感器工的位移时,气隙厚度发生变化,从而使磁路中的磁阻产生相应的变化,进而导致电感线圈的电感量变化，测出这种电感量的变化就可以判别衔铁〔即被测物体)位移量的大小和方向。5—1变磁阻式传感器根本构造依据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：L N

(5—1)

式中:-—线圈总磁链;

I II——通过线圈的电流;N——线圈的匝数；—-穿过线圈的磁通。由磁路欧姆定律，得磁阻。

INRm

〔5-2〕Rm—-磁路总将式〔5—2〕代入(5—1〕得L

N

NIN N2

〔5—3〕I I I R Rm m总磁阻为R R

R

L L 21 2 (5-4〕R

——铁芯

m FR—-空气气隙磁阻;

S S S F11 2 2 01—-铁芯材料的磁导率；2—-衔铁材料的磁导率；(完整(完整word版)工程五、电感式传感器教案L-—磁通通过铁芯的长度；1S——气隙的截面积；——气隙的厚度。2、自感传感器等效电路电感传感器是利用铁芯线圈中的自感随衔铁位移或空隙面积转变而变化的原理制成的，它通常承受铁磁LLRLc并联铁芯祸流损耗电阻Re;由于线圈和测量设备电缆的接入，存在线圈固有电容和电缆的分布电容，用集中参数C表示(C与L和R、Re相并联Z来等c效。互感式传感器是把被被测的非电量变化转换为变压器线圈的互感变化.这种传感器是依据变压器的根本原理制成的,变压器初级线圈输入沟通电压，次级线圈感应出电势。由于变压器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。差动变压器构造形式有变气隙式、变面积式和螺线管式等，其工作原理根本一样。变气隙差动互感传感器由于行程小，且构造简单，因此目前已很少承受，螺线管式差动变压器广泛用于非电量的测量，它可以测量1~100mm范围内的机械位移,这种传感器具有测量精度高，灵敏度高，构造简洁，性能牢靠等优点.1、工作原理差动变压器式传感器的组成元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。初级线圈作为差动变压器鼓励用,可视为变压器的原边，次级两个对称的线圈反向串接相当于变压器的副边。如图5—10所示螺管形差动变压器传感器的构造.它由初级线圈P、两个次级线圈S、S 和插入线圈中心的圆柱形铁芯b组成，结1 2构形式有二段式和三段式等之分.差动变压器线圈连接如图5-10(c)所示。次级线圈S和S 反极性串联。当时级线圈P加上某一频率的1 2i正弦沟通电压.i

后次级线圈产生感应电压为. .

它们的大小与铁芯在线圈内的位置有.. . 反和2和112o极性连接使得到输出电压.和2和112o，o12当铁芯位于线圈中心位置时，. . . 0;，o121当铁芯向上移动(见图c)〕时，. 1

. 0,M大，M 小；，2 o 1 2，当铁芯向下移动〔〕时，

. .,2 1,

0，M小，M 大。或1o 1 2或1oo

随铁芯偏离中心位..

2180°，5. —11所示。实际上，铁芯位于中心位置,输出电压U

并不是零电位，而是Uo

被称为零点剩余电压。零点残x余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的缘由是由于磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和磁滞〕.零点剩余电压一般在几十毫伏以下,在实际使用时应设法减小U ，否x则将会影响传感器的测量结果.电感线圈产生的磁力线经过金属导体时,金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线。类似5—18(a〕所示的水涡外形,故称之为电涡流。理论分析和实践证明，电涡流的大小是金属导体的电阻率、相对导磁率、金属导体厚度H、线圈激励信号频率x等参数的函数。假设固定某些参数，就能按涡流的大小测量出另外某一参数。涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、外表温度、电解质浓度、速度、应力、材料损伤等进展非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等持点，所以应用极其广泛。由于涡流渗透深度与传感器线圈的鼓励信号频率有关，故传感器可分为高频反射式和低频透射式两类涡流传感器，但从根本工作原理上来说仍是相像的。下面以高频反射式涡流传感器为例说明其原理和特性.1、根本原理.5-18I(频率为f〕的电感线.L靠近金属导体时，在金属四周产生交变磁场，在金属外表将产生电涡流I1，依据电磁感应理论,电涡流也将形成一个方向相反的磁场。此电涡流的闭合流线的圆心同线圈在金属板上的投影的圆心重合。据有关资料介绍，涡流区和线圈几何尺寸有如下关系:2R1.39D2r0.525D式中2R一-电涡流区外径;2r——电涡流区内径涡流渗透深度h5000 fr式中cm〕;

〔5—25〕f—-交变磁场的频率;r——相对导磁率.四、电感式传感器的应用1、变磁阻式传感器的应用(完整word5—22上端连在一起。当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小.图5—22变隙电感式传感器构造图 5-23变隙式差动电感压力传感器5—23CC,C圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化，即一个电感量增大，另一个电感量减小.电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出.由于输出电压与被测压力之间成比例关系,所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。2、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,也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等.5—2412将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连。当被测体带动衔铁以Δx〔t)振动时,导致差动变压器的输出电压也按一样规律变化。3、电涡流式传感器的应用低频透射式涡流厚度传感器

图5—24差动变压器式传感器原理图1—悬臂梁 2-差动变压器图5-25所示为透射式涡流厚度传感器构造原理图。在被测金属的上方设有放射传感器线圈L1.LL上加低频电压U1L上产生交变磁通Φ2 1 1 1金属板，则交变磁场直接耦合至L中,L产生感应电压.2 2产生的磁通将导致在金属板中产生电涡流。

L线圈212L的磁通将减弱为ΦL产生的感应电压

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