最新-第三章电感式传感器-PPT课件.ppt
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1、第1章 检测技术基础知识2022-7-22第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器第1章 检测技术基础知识2022-7-223.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器23.1 自感式传感器自感式传感器13.3 电涡流式传感器电涡流式传感器33.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用4第1章 检测技术基础知识2022-7-22知识目标:知识目标:(1)了解自感式传感器工作原理、转换电路与使用方法)了解自感式传感器工作原理、转换电路与使用方法。(2)掌握差动变压器式传感器的工作原理、转换电路。)掌握差动变压器式传感器的工作原理、转换电路。(3)掌握电涡流式传感器的工作原理和实际应用方法。)掌握
2、电涡流式传感器的工作原理和实际应用方法。教学目标教学目标技能目标:技能目标:(1)能够根据检测要求选择合适的电感式传感器。)能够根据检测要求选择合适的电感式传感器。(2)能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传感器检)能够根据被测信号的特点设计出简单合理的传感器检测电路。测电路。(3)能够正确维护常用电子检测设备。)能够正确维护常用电子检测设备。第1章 检测技术基础知识2022-7-22情感目标:情感目标:(1)具有工作与学习良好的交流与团队合作能力。)具有工作与学习良好的交流与团队合作能力。(2)培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。)培养良好的合作精神、创新精神和竞争意识。(3)能适应具
3、体工作的需要,在实际的工作中发挥其创造性)能适应具体工作的需要,在实际的工作中发挥其创造性。教学重难点教学重难点教学重点:教学重点:电感式传感器的工作原理和应用。电感式传感器的工作原理和应用。教学难点:教学难点:电感式传感器的测量电路。电感式传感器的测量电路。第1章 检测技术基础知识2022-7-22 电感式传感器建立在电磁感应的基础上,把输电感式传感器建立在电磁感应的基础上,把输入物理量(如位移、振幅、压力、流量、入物理量(如位移、振幅、压力、流量、比重等参比重等参数)转换为线圈的电感和互感的变化数)转换为线圈的电感和互感的变化,再由测量电路再由测量电路转换为电压或电流的变化。转换为电压或电
4、流的变化。电感式传感器具有结构简单电感式传感器具有结构简单,工作可靠工作可靠,测量精测量精度高度高,零点稳定零点稳定,输出功率较大等一系列优点输出功率较大等一系列优点,在工在工业生产和科学研究领域得到了广泛的应用。业生产和科学研究领域得到了广泛的应用。电感式传感器种类很多电感式传感器种类很多,本章主要介绍自感式、本章主要介绍自感式、差动变压器式、电涡流式传感器这三大类传感器。差动变压器式、电涡流式传感器这三大类传感器。电感式传感器电感式传感器第1章 检测技术基础知识2022-7-223.1 自感式传感器自感式传感器先看一个实验:先看一个实验:将一只将一只380 V交流接触器线圈与交流毫安表串联
5、后,接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到机床用控制变压器的36 V交流电压源上,如图交流电压源上,如图4-1所所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接示。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。等于零时,毫安表的读数只剩下十几毫安。第1章 检测技术基础知识2022-7-22电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示F F220V
6、准备工作准备工作第1章 检测技术基础知识2022-7-22气隙变小,电感变大,电流变小气隙变小,电感变大,电流变小F F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第1章 检测技术基础知识2022-7-22电感传感器的基本工作原理电感传感器的基本工作原理 当铁心的气隙较大时,磁路的磁阻当铁心的气隙较大时,磁路的磁阻Rm也较大,线圈也较大,线圈的电感量的电感量L和感抗和感抗XL 较小,所以电流较小,所以电流I 较大。当铁心较大。当铁心闭合时,磁阻变小、电感变大,电流减小。闭合时,磁阻变小、电感变大,电流减小。(3 1)2LUUUIZXfL第1章 检测技术基础知识2022-7-22电感
7、量计算公式电感量计算公式:N:线圈匝数;:线圈匝数;A:气隙的有效截面积;:气隙的有效截面积;0:真空:真空磁导率;磁导率;:气隙厚度。:气隙厚度。20 2NAL 请分析电感量请分析电感量L与气隙厚度与气隙厚度 及气隙的有效截面积及气隙的有效截面积A之间的关系,并讨论有关线性度的问题。之间的关系,并讨论有关线性度的问题。第1章 检测技术基础知识2022-7-22自感式电感传感器常见的形式自感式电感传感器常见的形式 变隙式变隙式 变截面式变截面式 螺线管式螺线管式 第1章 检测技术基础知识2022-7-22L-特性曲线特性曲线1.变隙式自感传感器变隙式自感传感器 变隙式自感传感器的测量范围与灵敏
8、度及线性度是相矛盾变隙式自感传感器的测量范围与灵敏度及线性度是相矛盾的,因此变隙式自感式传感器适用于测量的,因此变隙式自感式传感器适用于测量微小位移微小位移场合。场合。为了减小非线形误差,实际中广泛采用差动变隙式电感传为了减小非线形误差,实际中广泛采用差动变隙式电感传感器。感器。第1章 检测技术基础知识2022-7-2220 2NAL2.变截面式变截面式自感传感器自感传感器 图图3-4 3-4 变截面式自感传感器的输出特性变截面式自感传感器的输出特性1 1实际输出特性;实际输出特性;2 2理想输出特性理想输出特性由式由式3-2可知理论上电感量可知理论上电感量L与气隙截面积与气隙截面积A成正比成
9、正比第1章 检测技术基础知识2022-7-223.螺线管式螺线管式自感传感器自感传感器 1)电感量)电感量L与衔铁插入深度与衔铁插入深度l1成成正比(在螺线管中部时)正比(在螺线管中部时)2)适应于测量较大位移)适应于测量较大位移3)灵敏度较低)灵敏度较低 上述三种传感器的线圈中均通有交流励磁电流,因而衔铁始终承受电磁上述三种传感器的线圈中均通有交流励磁电流,因而衔铁始终承受电磁吸力,会引起附加误差,且非线性误差较大。另外,外界的干扰吸力,会引起附加误差,且非线性误差较大。另外,外界的干扰(如电如电源电压、频率、温度的变化源电压、频率、温度的变化)也会使输出产生误差,所以在实际工作中也会使输出
10、产生误差,所以在实际工作中常采用常采用差动形式差动形式,这样既可以提高传感器的灵敏度,又可以减小测量误,这样既可以提高传感器的灵敏度,又可以减小测量误差。差。第1章 检测技术基础知识2022-7-22差动电感传感器的特点差动电感传感器的特点 在变隙式差动电感传感器中,当在变隙式差动电感传感器中,当衔铁随被测量移动而偏离中间位衔铁随被测量移动而偏离中间位置时,两个线圈的电感量一个增置时,两个线圈的电感量一个增加,一个减小,形成差动形式。加,一个减小,形成差动形式。请分析:灵敏度、请分析:灵敏度、线性度有何变化线性度有何变化1-1-差动线圈;差动线圈;2-2-铁心;铁心;3-3-衔铁;衔铁;4-4
11、-测杆;测杆;5-5-工件工件 曲线曲线1 1、2 2为为L L1 1、L L2 2 的特性,的特性,3 3为差动特性为差动特性第1章 检测技术基础知识2022-7-22 从结构图可以看出,差动式电感传感器对外界影响,如温从结构图可以看出,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。受的电磁吸力也较小,从而减小了测量误差。差动式电感传感器的特性差动式电感传感器的特性 从曲线图可以看出,差动式电感传感器的线性较好,且输从曲线图可以看出,差动式电感传感器的线性较好,且
12、输出曲线较陡,灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。出曲线较陡,灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。第1章 检测技术基础知识2022-7-223.1.2自感式传感器的测量转换电路自感式传感器的测量转换电路 为了测出电感的变化,同时也为了将电为了测出电感的变化,同时也为了将电感送入下级电路进行放大和处理,自感式传感送入下级电路进行放大和处理,自感式传感器要用测量转换电路把电感转换为电流或感器要用测量转换电路把电感转换为电流或电压的变化量。电压的变化量。自感式传感器的测量转换电路一般采用自感式传感器的测量转换电路一般采用调幅电路,调幅电路主要包括变压器电桥电调幅电路,调幅电路主要包括变压器电桥电路和
13、交流电桥电路。而调频电路和调相电路路和交流电桥电路。而调频电路和调相电路用得较少。用得较少。第1章 检测技术基础知识2022-7-22 1.变压器电桥电路变压器电桥电路变压器电桥电路如图变压器电桥电路如图 3-7所示所示,电桥的工作桥臂为电桥的工作桥臂为Z1与与Z2,它们是传感器线圈阻抗它们是传感器线圈阻抗,另外两桥臂为交流变压器次级线圈另外两桥臂为交流变压器次级线圈的的 1/2 阻抗,输出电压取自阻抗,输出电压取自B点,即变压器次级线圈的中心点,即变压器次级线圈的中心抽头。抽头。当传感器的衔铁处于中间位置当传感器的衔铁处于中间位置,即即Z1=Z2=Z时有时有 =0,电电桥平衡。桥平衡。0U图
14、图3-73-7变压器式交流电桥变压器式交流电桥第1章 检测技术基础知识2022-7-222.交流电桥电路交流电桥电路图图3-8所示为交流电桥电路所示为交流电桥电路,及其输出特性曲线,由于交流及其输出特性曲线,由于交流电桥电路的结构不完全对称,初态时电桥不完全平衡,因而电桥电路的结构不完全对称,初态时电桥不完全平衡,因而产生静态偏压,称为零点残余电压。产生静态偏压,称为零点残余电压。图图3-83-8交流电桥电路交流电桥电路 Z1Z2Z3 RZ4 RoUU第1章 检测技术基础知识2022-7-223.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 电源中用到的单相变压器有一个一次线圈(又称为初级线电源中
15、用到的单相变压器有一个一次线圈(又称为初级线圈),有若干个二次线圈(又称次级线圈)。当一次线圈加圈),有若干个二次线圈(又称次级线圈)。当一次线圈加上交流激磁电压上交流激磁电压Ui后,将在二次线圈中产生感应电压后,将在二次线圈中产生感应电压UO。在。在全波整流电路中,两个二次线圈串联,总电压等于两个二次全波整流电路中,两个二次线圈串联,总电压等于两个二次线圈的电压之和。线圈的电压之和。请将单相变压请将单相变压器二次线圈器二次线圈N N2121、N N2222的有关端点按全波的有关端点按全波整流电路的要求正整流电路的要求正确地连接起来。确地连接起来。第1章 检测技术基础知识2022-7-223.
16、2.1差动变压器式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量间的互感量M的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后,二次的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后,二次线圈就将产生感应电动势,当两者间的互感量变化时,感应电动线圈就将产生感应电动势,当两者间的互感量变化时,感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法,故称为差动变势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法,故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线
17、管式差动变压器。差动变压器的结构原理如图差动变压器的结构原理如图3-10所示。在线框上绕有一组输入线所示。在线框上绕有一组输入线圈(称一次线圈);在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对圈(称一次线圈);在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对称的线圈(称二次线圈),它们反向串联,组成差动输出形式。称的线圈(称二次线圈),它们反向串联,组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图理想差动变压器的原理如图3-11。图中标有黑点的一端称为同名端,。图中标有黑点的一端称为同名端,通俗说法是指线圈的通俗说法是指线圈的“头头”。第1章 检测技术基础知识2022-7-22图图3-10 差动变压器式传感器的结构差
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