任务41 轴承滚柱直径检测《传感器与检测技术》教案

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授课教师班级学时4授课日期

项目一一位移检测。多媒体教室

主题或任务任务一一轴承滚柱直径检测课型专业课授课地点业。专业教室09

（电感式传感器测量位移）训室

（从知识、技能、素质三方面说明）

1.掌握电感式传感器相关知识

教学目标2.会用电感传感器测量位移

3.培养学生努力进取、工匠精神

1.自感式、互感式传感器工作原理重点：自感式、互感式传感器工

2.自感式、互感式传感器测量电路重点作原理

学习内容

3.差动变压器零点残余电压难点难点：差动变压器零点残余电压

4.电感式传感器应用

。理论讲授。小组讨论。项目教学

。文本素材。实物展示。PPT幻灯片

。任务驱动。启发提问教学。模拟教素材

教学方法。音频素材。视频索材。动画素材

学资源

O图形/图像素材◎网络资源。其他

。实验实训。演示教学。其他_______

课前准备1）自感式、互感式传感器工作原理

教师提出问题，学生利用互联网、2）自感式、互感式传感器测量电路

网络课程平台等进行学习,寻找答案3）差动变压器零点残余电压

课堂实施

4）电感式传感器应用

.提出任务

13.解决任务

教学设计

引入案例，那么电感传感器如何测同学分组讨论，发言电感传感器测微位移

微位移？工作原理，教师根据发言进行归纳

2.答疑解惑课后拓展

师生共同讨论学习以下内容：教师提出课后拓展题目，学生巩固知识，

提高能力

学习评价。行为表现。课堂作业。测验测试O制作作品。其他___________

作业题目线上测试

双语教学电感式传感器：inductivetransducer差动变压式传感器：differentialtransducer

教学内容教学设计

项目4位移检测一、情景设计：

信息化教学+投影

任务4.1轴承滚柱直径检测

（电感式传感器测量位移）二、方法设计：

任务驱动+问题引

第一部分：课前准备导十分组讨论+练习

教师线上提出问题：法

1）电感式传感器如何为工作？

学生利用互联网、网络课程平台等进行学习，寻找答案

三、过程设计：

第一部分：课前准

第二部分：课堂实施备

☆提出任务：第二部分：课堂实

有的机械零件尺寸需要精确测量，并根据测量误差进行分拣。在装配轴承施

①复习+导入

滚柱时，为保证轴承的质晟，一般要先对滚柱的直径进行分选，各滚柱直径的误

②提出任务

差在几个微米，因此要进行微位移检测。在自动检测系统中，往往要用到电感式

③分析讨论

测微传感器进行测量，测量精度较高，电感式位移传感器的工作原理是什么？④解决任务

⑤总结评价

☆分析讨论：

第三部分：课后拓

问题1:电感式传感器如何工作？展

1、电感式传感器工作原理

自感式传感器的结构如图4-2所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。

铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气教师利用网教平台

课前发布问题

隙厚度为3,传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度6发生改变，

引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电

学生利用做课、电

感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。

子图书、网数平台

根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：等各种网络资源

L=甲=卬中以=小自学

/I1拓展学习空间，提

自感式电感传感器常见的形式有变隙式、变截面式和螺线管式等三种，高学习兴趣

如图4-3所示。

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问题2:自感!专感器如何工作？

（1）变气隙式自感传感器

变气隙式自感传感

变气隙式自感式传感器的结构原理如图4-4所示，图4-4（a）为单边式，图

器装配较困难我国

44b）为差动式。它们由铁心线圈、衔铁、测杆及弹簧等组成。由式（4-5）可

中高端传感器仍需

知，变气隙长度式传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小位移下

大量进口，所以

灵敏度很高，常用于小位移的测量。

我们必须大力发展

（2）变截面积式自感传感器

科技和装备制造技

如果变隙式电感传感器的气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被

术。培养学生爱国

测量的变化而改变，从而导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变截面积

情怀，甘于奉献和

式电感传感器，通过式（4-5）可知，变截面式传感器具有良好的线性度、自由

敬业精神。

行程大、示值范围宽，但灵敏度较低，通常用来测量比较大的位移。

（3）螺线管式自感式传感器

图4-3（c）为螺管式电感传感器的结构示意图。当活动衔铁随被测物移动

时;线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也因此而变化。线圈电感量

的大小与衔铁插入线圈的深度有关。需要注意的是在有限长螺线管内部磁场沿轴

线非均匀分布，中间强，两端弱。在使用时插入铁心的长度不宜过短也不宜过

长，一般以铁心与线圈长度比为0.5、半径比趋于1为宜。

螺线管式自感传感器结构简单，装配容易，自由行程大，示值范围宽；缺

点是灵敏度较低，易受外部磁场干扰。目前，该类传感器随放大器性能提高而得

以广泛应用。

问题3:如何构造差动结构？

以上三种电感传感器在实际使用中，常采用两个完全相同、单个线圈共用

一个活动衔铁，构成差动式电感传感器，这样可以提高传感器的灵敏度，减小

测量误差。图4-5所示是变间隙式、变面积式及螺管式3种类型的差动式电感复习差动电桥电路

传感器。引导学生自己设计

差动式电感传感器的结构要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同，两差动结构

个线圈的电气参数和几何尺寸完全相同.

差动式结构除了可以改善线性度、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率

变化等影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。

问题4:电感式传感器测量电路？

自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化转换成相应的电压或电流

信号，以便供放大器进行放大，然后用测量仪表显示或记录。交流电桥是其主要

测量电路。

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（1）电阻平衡臂电桥

（2）变压器式电桥

问题5:什么是互感式传感器？

把被测的非电显变化转换为线圈互感景M变化的传感器称为互感式传感

器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，当初级绕组接入激励电源之

后，次级绕组就将产生感应电动势，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变

压器式传感器。差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。目前应

复习变压器知识

用最多的是螺线管式差动变压器，

引导学生自己总结

1、差动变压港工作原理

讲解差动变压器原

螺线管式差动变压器结构如图4-8所示，它由初级线圈，两个次级线圈和

理

插入线圈中央的I员I柱形铁芯等组成。

图4-10差动变压器输出特性曲线

2、零点残余电压

（I）零点残余电压

当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实

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际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值存在，称为零点残余

电压。引导学生讨论分析

（2）零点残余电压产生的原因讲解

1）传感器的两次级绕组的电气参数、几何尺寸不对称，导致它们产生的

感应电势幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势

都不能完全抵消。

2）磁性材料磁化曲线的非线性，导致电源电压中含有高次谐波。

3）导磁材料存在铁损、不均匀，一次绕组有铜耗电阻，线圈间存在寄生

电容，导致差动变压器的输入电流与磁通不相同

（3）减小零点残余电压的方法

1）尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路中对称。磁性材料

要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。

2）选用合适的测量电路。

3）采用补偿线路减小零点残余电压

3、差动变压器式传感器测量电路

电感式传感器一般用于接触测量，它主要用于位移测