最新-传感器及检测技术4-PPT课件.ppt
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1、2022-7-221上节回顾上节回顾:1.电容传感器电容传感器本节主要内容本节主要内容:1.电感传感器电感传感器2022-7-222 本章学习本章学习自感式传感器和差自感式传感器和差动变压器的结构、工作原理、测动变压器的结构、工作原理、测量电路量电路以及他们的应用,掌握一以及他们的应用,掌握一次仪表的相关知识。次仪表的相关知识。第第4 4章章 电感式传感器电感式传感器 2022-7-223第一节第一节 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380V交流接触器线圈与交流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毫安表串联后,接到机床用控制变压器的的36V交
2、流电压源上,如图交流电压源上,如图4-1所示。这所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢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。零时,毫安表的读数只剩下十几毫安。2022-7-224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准备工作准备工作2022-7-225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气隙变小,电感变大,电
3、流变小气隙变小,电感变大,电流变小F F2022-7-226电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理原理 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也也较大,线圈的电感量较大,线圈的电感量L和感抗和感抗XL 较小,所以较小,所以电流电流I 较大。当铁心闭合时,磁阻变小、电较大。当铁心闭合时,磁阻变小、电感变大,电流减小。感变大,电流减小。(3 1)2LUUUIZXfL2022-7-227电感量计算公式电感量计算公式:请分析电感量请分析电感量L与气隙厚度与气隙厚度 及气隙的有效截及气隙的有效截面积面积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
4、题。20 2NALN: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:真空磁导率;:真空磁导率;:气隙厚度。气隙厚度。2022-7-228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 三种传感器在使用中,非线性误差较大,外界会使输出产生误差,灵敏度较小,实际应用常采用差动式.2022-7-229差动电感传感器的特点差动电感传感器的特点 请分析:灵敏度、请分析:灵敏度、线性度线性度有何变化有何变化曲线曲线1、2为为L1、L2 的特性,的特性,3为差动特性为差动特性 在变隙式差动电感传感在变隙式差动电感传感器中,当衔铁随
5、被测量移动器中,当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时,两个线而偏离中间位置时,两个线圈的电感量一个增加,一个圈的电感量一个增加,一个减小,形成差动形式。减小,形成差动形式。1-1-差动线圈差动线圈 2-2-铁心铁心 3-3-衔铁衔铁 4-4-测杆测杆 5-5-工件工件 从结构图可以看出,差动式电感传感器对从结构图可以看出,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。磁吸力也较小,从而减小了测量误差。从曲线图可以看出,差动式电感传感器的从曲线图可以
6、看出,差动式电感传感器的线性较好,且输出曲线较陡,灵敏度约为线性较好,且输出曲线较陡,灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。非差动式电感传感器的两倍。2022-7-2210测量转换电路测量转换电路 测量转换电路的作用是将电感量的变化测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流的变化,以便用仪表指示转换成电压或电流的变化,以便用仪表指示出来。出来。但若仅但若仅采用电桥电路和普通的检波电采用电桥电路和普通的检波电路,则只能判别位移的大小,却无法判别输路,则只能判别位移的大小,却无法判别输出的相位和位移的方向。出的相位和位移的方向。如果在输出电压送到指示仪前,经过一如果在输出电压送到指示仪前,经
7、过一个能判别相位的检波电路,则不但可以反映个能判别相位的检波电路,则不但可以反映位移的大小(的幅值),还可以反映位移的位移的大小(的幅值),还可以反映位移的方向(的相位)。这种检波电路称为相敏检方向(的相位)。这种检波电路称为相敏检波电路波电路。2022-7-2211图图3-7 3-7 相敏检波相敏检波输出特性曲线输出特性曲线a)非相敏检波)非相敏检波 b)相敏检波)相敏检波1理想特性曲线理想特性曲线 2实际特性曲线实际特性曲线 2022-7-2212第二节第二节 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 电源中用到的电源中用到的“单相变压器单相变压器”有一个一次线圈(又称为初有一个一次线圈(又称
8、为初级线圈),有若干个二次线圈(又称次级线圈)。当一次线圈级线圈),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加上交流激磁电压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 O。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线全波整流电路中,两个二次线圈串联,总电压等于两个二次线圈的电压之和。圈的电压之和。请将请将单相变压单相变压器器二次线圈二次线圈N21、N22的有关端点按的有关端点按全波整流电路的要全波整流电路的要求求正确地连接起来。正确地连接起来。2022-7-2213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
9、式传感器是把被测位移量转换为一次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线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次的变化的装置。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,感应电动势也相应变势,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。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。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4-13
10、所示。在线框上所示。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称的线圈(称二次线圈),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。理想差动变压器它们反向串联,组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图的原理如图4-14。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”。2022-7-2214差动变压器式传感器的等效电路差动变压器式传感器的等效电路 结构特点:结构特点:两个二次线圈反两个二次线圈反向串联,组成差向串联,组成
11、差动输出形式。动输出形式。请将二次请将二次线圈线圈N21、N22的的有关端点正确地有关端点正确地连接起来,并指连接起来,并指出哪两个为输出出哪两个为输出端点。端点。2022-7-2215灵敏度与线性度灵敏度与线性度 差动变压器的灵敏度一般可达差动变压器的灵敏度一般可达0.55V/mm,行程越小,灵敏度越高。行程越小,灵敏度越高。为了提高灵敏度,励磁电压在为了提高灵敏度,励磁电压在10V左右为左右为宜。电源频率以宜。电源频率以110kHz为好。为好。差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右左右。例:欲测量例:欲测量20mm 2mm轴的直径误轴的直径误差
12、,应选择差,应选择线圈骨架长度线圈骨架长度为多少的为多少的差动变差动变压器(或压器(或电感传感器)为宜电感传感器)为宜?2022-7-2216测量电路测量电路(以(以差动整差动整流流为例)为例)若若1、2虚焊,虚焊,Ua o、Ub o将变成什么将变成什么波形?波形?2022-7-2217差动整流的特点差动整流的特点 电路是以两个桥路整流后的直流电电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的,所以称为差动整流压之差作为输出的,所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小(电电路。它不但可以反映位移的大小(电压的幅值),还可以反映位移的方向。压的幅值),还可以反映位移的方向。上图中的上图中的R
13、P是用来微调电路平衡的,是用来微调电路平衡的,VD1VD4、VD5VD8组成普通桥式整流电路,组成普通桥式整流电路,3、4、3、4组成低通滤波电路,组成低通滤波电路,1及及21、22、f、23组成差动减法放大器,组成差动减法放大器,用于克服用于克服a、b两点的对地共模电压。两点的对地共模电压。2022-7-2218第三节第三节 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 一、位移测量位移测量 轴向式电感轴向式电感 测微器的外形测微器的外形 航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头2022-7-2219其他电感测微头其他电感测微头2022-7-2220模拟式及数字模拟式及数字式电感测微仪式电感测微仪202
14、2-7-2221轴向式电感测微器的内部结构轴向式电感测微器的内部结构 11引线电缆引线电缆 22固定磁筒固定磁筒 33衔铁衔铁 44线圈线圈 55测力弹簧测力弹簧 66防转销防转销 77钢球导轨(直线轴承)钢球导轨(直线轴承)88测杆测杆 99密封套密封套 1010测端测端 1111被测工件被测工件 1212基准面基准面 2022-7-2222二、电感式滚柱直径分选装置二、电感式滚柱直径分选装置 图图3-14 滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置 11气缸气缸 22活塞活塞 33推杆推杆 44被测滚柱被测滚柱 55落料管落料管 66电感测微器电感测微器 77钨钢测头钨钢测头 88限位挡板限位挡板
15、99电磁翻板电磁翻板 1010容器(料斗)容器(料斗)2022-7-2223二、电感式滚柱直径分选装置二、电感式滚柱直径分选装置 测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子2022-7-2224电感式滚柱直径分选装置电感式滚柱直径分选装置(外形)(外形)滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形(参考中原量仪股份有限公司资料)(参考中原量仪股份有限公司资料)2022-7-2225电感式滚柱直径分选装置(电感式滚柱直径分选装置(机械结构放大)机械结构放大)汽缸汽缸控制键盘控制键盘直径测微装置直径测微装置长度测微装置长度测微装置滑道滑道2022-7-2226三、电感式不圆度计原理三、电感式不圆度计原理 该
16、圆度计采用该圆度计采用旁向式电感测微头旁向式电感测微头2022-7-2227电感式不圆度测试系统电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头2022-7-2228电感式不圆度测量系统外形电感式不圆度测量系统外形(参考(参考洛阳汇智测控技术有限公司资料)洛阳汇智测控技术有限公司资料)旋转盘旋转盘测量头测量头2022-7-2229不圆度测量打印不圆度测量打印2022-7-2230压力测量用的膜盒压力测量用的膜盒 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,两一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定,两侧面
17、存在压差时,膜片将弯向压力低的一侧,因此能侧面存在压差时,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。够将压力变换为直线位移。四、压力测量四、压力测量2022-7-2231压力测量压力测量 1压力输入接头压力输入接头 2波纹膜盒波纹膜盒 3电缆电缆 4印制线路板印制线路板 5差动线圈差动线圈 6衔铁衔铁 7电源变压器电源变压器 8罩壳罩壳 9指示灯指示灯 10密封隔板密封隔板 11安装底座安装底座2022-7-2232图图3-17b 3-17b 某一某一压力变送器的测量电路压力变送器的测量电路 2022-7-2233五、电感传感器在粗糙度测量中的应用五、电感传感器在粗糙度测量中的应用
18、 手持式粗糙度仪手持式粗糙度仪 触针触针:金刚石圆锥;金刚石圆锥;针尖圆弧半径:针尖圆弧半径:5m5m;可存储可存储500500个粗糙度参数值及个粗糙度参数值及4 4组轮廓数据;组轮廓数据;可进行粗糙度参数的打印;可进行粗糙度参数的打印;可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试;杂表面进行测试;2022-7-2234粗糙度仪外形粗糙度仪外形金刚石测头金刚石测头2022-7-2235粗糙度测量结果打印(粗糙度测量结果打印(1)2022-7-2236粗糙度测量结果打印(粗糙度测量结果打印(2)2022-7-2237七、一次仪表与七、一次仪表与 420m
19、A二线制输出方式二线制输出方式 压力变送器已经将传感器与信号处理电路压力变送器已经将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中,这在工业中被称为一次组合在一个壳体中,这在工业中被称为一次仪表。一次仪表的输出信号可以是电压,也仪表。一次仪表的输出信号可以是电压,也可以是电流。由于电流信号不易受干扰,且可以是电流。由于电流信号不易受干扰,且便于远距离传输(可以不考虑线路压降),便于远距离传输(可以不考虑线路压降),所以在一次仪表中多采用电流输出型。所以在一次仪表中多采用电流输出型。2022-7-2238420mA二线制输出方式二线制输出方式 新的国家标准规定电流输出为新的国家标准规定电流输出为420mA
20、420mA;电压输出;电压输出为为15V(15V(旧国标为旧国标为010mA010mA或或02V)02V)。4mA4mA对应于零输对应于零输入,入,20mA20mA对应于满度输入。不让信号占有对应于满度输入。不让信号占有04mA04mA这这一范围的原因,一方面是有利于判断线路故障(开一范围的原因,一方面是有利于判断线路故障(开路)或仪表故障;另一方面,这类一次仪表内部均路)或仪表故障;另一方面,这类一次仪表内部均采用微电流集成电路,总的耗电还不到采用微电流集成电路,总的耗电还不到4mA4mA,因此,因此还能利用还能利用04mA04mA这一部分这一部分“本底本底”电流为一次仪表电流为一次仪表的内
21、部电路提供工作电流,使一次仪表成为两线制的内部电路提供工作电流,使一次仪表成为两线制仪表。仪表。2022-7-2239420mA二线制输出方式二线制输出方式 所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。只需两根导线。多数情况下,多数情况下,其中一根(红其中一根(红色)为色)为+24V+24V电源线,另一根(黑色)既作为电源线,另一根(黑色)既作为电源负极引线,又作为信号传输线。在信号电源负极引线,又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻(也称传输线的末端通过一只标准负载电阻(也称取样电阻)接地(也就是电源负极),将电取样电阻)接地(也就是电
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