电感式传感器1.ppt

1、机 电 一 体 化 技 术,第九讲 电感式传感器,基本概念 自感传感器 差动变送器 电涡流传感器,机电一体化技术,检测与传感器,电感传感器,基 本 概 念,定义,电感式传感器是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈 的自感或互感系数的改变来实现非电量电测的一种装置。,电感传感器,转换电路,位移,电感 L,电压,力、应变、流量,自感式传感器 差动变压器 电涡流传感器,电桥电路 相敏检波与整流 谐振电路,机电一体化技术,检测与传感器,电感传感器,电感与磁场的关系,电能-磁场,机电一体化技术,检测与传感器,电感式传感器,一、自感传感器,本次学习任务将制作一个电感式微位移测量仪。,位移是机械量中最重要的参

2、数之一，可用于位移测量的传感器的种类也很 多，电感式传感器因其具有结构简单可靠、输出功率大、抗干扰好、对环 境要求不高、价格低廉等特点在位移测量方面获得了非常广泛的应用。,图3-8 便携式表面粗糙度测量仪,机电一体化技术,检测与传感器,自感传感器,1.工作原理,自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。,自感式电感传感器结构示意图 a)变气隙式 b)变截面式 c)螺线管式 1-线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-导轨 6-工件,机电一体化技术,检测与传感器,自感传感器,铁心、线圈、衔铁,机电一体化技术,检测与传感器,自感传感器,变气隙型位移传感器：面积和长度不变，改变气隙长度； 变面积型位

3、移传感器：长度和气隙不变，改变面积； 螺管型电感位移传感器：线圈中放入圆柱形衔铁。,工件直径不同,测杆上下移动,电感变化,机电一体化技术,检测与传感器,自感传感器,2.差动自感传感器,差动电感传感器是将有公共衔铁的两个完全相同的自感传感器结合在一起。,因此差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。,机电一体化技术,检测与传感器,自感传感器,3.如何将电感的变化量转变成电压信号,采用交流电桥电路，可以将电感的变化量转变成电压的变化量。,铁芯或衔铁处于中间位置时, 由于线圈完全对称，两线圈的阻抗相等,，电桥处于平衡状

4、态，输出电压,。,当测杆上升时， 上线圈阻抗增加, 即Z1 = Z +Z； 下线圈阻抗减少,即Z2 = Z - Z ,则,当测杆下降时, 上述变化相反,当衔铁向不同方向移动相同位移时，输出电压的大小相等， 方向相反，即相位差180 ，可以反映出衔铁移动的方向。,机电一体化技术,检测与传感器,自感传感器,4.如何判断位移方向,普通仪表不能判断位移方向,问题提出,解决办法,采用相敏检波电路可以判断位移的方向。,“检波”与“整流”的含义相似，都指能将交流输入转换 成直流输出的电路。检波多用于描述信号电压的转换。,其输出的直流电压的大小与被测位移的关系,当衔铁向下位移时，检流计的仪表指针正向偏转， 当

5、衔铁向上位移时，检流计的仪表指针反向偏转。,自感传感器,机电一体化技术,检测与传感器,5.电感测微仪,测量微小位移，可以发现机械零部件的微小变化（表面粗糙度变化、尺寸偏差、外行轮廓变化），了解机械运作的正常状况，防止机械故障的产生；测量微小位移，可以知道桥梁、水坝等建筑物的变形，从而采取有效的措施，防止重大事故的发生。,电感测微仪原理组成框图,机电一体化技术,检测与传感器,互感传感器,差动变压器也称为互感式传感器。它是一种线圈互感随衔铁位移变化的电感式传感器，其原理类似于变压器。,二、差动变压器,螺线管式差动变压器 （a）螺线管式差动变压器结构图 （b） 差动变压器原理图 1-初级线圈 2-次

6、级线圈 3-衔铁 4-测杆,互感传感器,机电一体化技术,检测与传感器,当活动衔铁处于初始平衡位置时,差动变压器输出电压为零。,活动衔铁向上移动时,活动衔铁向下移动时,输出电压与激磁源电压同相。,输出电压与激磁源电压反相。,可见，输出电压的相位反映了衔铁的运动方向， 输出电压的大小反映了衔铁的位移大小。但是 采用普通交流电压表不能反映出衔铁位移的方向。,工作原理,机电一体化技术,检测与传感器,互感传感器,主要特性,理想的差动变压器输出电压应与衔铁位移成线形关系， 实际上衔铁和线圈的尺寸对线性有直接影响。差动 变压器中间部分磁场较强且均匀分布，所以中间部分 线性较好，其线性范围约为线圈骨架长度的1

7、/10左右。,线性范围,灵敏度,差动变压器的灵敏度一般可达到0.55V/mm，行程越小， 灵敏度越高。,零点残余电压,实际上, 当衔铁位于中心位置时, 差动变压器输出电压并不等于 零, 差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，,机电一体化技术,检测与传感器,互感传感器,如何判断位移的方向,差动变压器输出的是交流电压, 它与衔铁位移成正比。若用交流 电压表测量, 只能反映衔铁位移的大小, 而不能反映移动方向。,其测量值中将包含零点残余电压也将影响测量效果。,问题提出,为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电压的目的, 实际 测量时, 常常采用差动整流电路和相敏检波电路进行测量。,机电一体化

8、技术,检测与传感器,互感传感器,差动整流电路,差动整流电路 (a)全波电流输出 (b)半波电流输出 (c)全波电压输出 (d)半波电压输出,差动整流电路输出为直流，便于远距离传输, 因而获得广泛应用。,机电一体化技术,检测与传感器,互感传感器,相敏检波电路,差动相敏检波电路,差动变压器位移测量系统原理框图,机电一体化技术,检测与传感器,电磁流量计,商用位移传感器,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。,小量程交流位移传感器,交流位移传感器,输出标准信号直流位移传感器,LVDT位移传感器,机电一体化技术,检测与传感器,压力传感器,LVDT（Linear Variable Differential Transformer，线性差动变压器）。,采用直流输入-直流输出的形式,机电一体化技