專題13 電感式傳感器

1、2022-5-121 本章學(xué)習(xí)本章學(xué)習(xí)自感式傳感器和差自感式傳感器和差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、測(cè)動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、測(cè)量電路量電路以及他們的應(yīng)用，掌握一以及他們的應(yīng)用，掌握一次儀表的相關(guān)知識(shí)。次儀表的相關(guān)知識(shí)。專題專題13 13 電感式傳感器電感式傳感器 2022-5-122l自感式傳感器自感式傳感器u變隙式自感傳感器變隙式自感傳感器u螺線管式自感傳感器螺線管式自感傳感器u自感線圈的等效電路自感線圈的等效電路u測(cè)量轉(zhuǎn)換電路測(cè)量轉(zhuǎn)換電路l差動(dòng)變壓器式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器u工作原理工作原理u主要性能主要性能u測(cè)量電路測(cè)量電路l應(yīng)用應(yīng)用2022-5-123定義：定義：是一種利用線圈自感和

2、互感系數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的裝置。感測(cè)量感測(cè)量：位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。種類種類：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，分自感式和互感式兩種； 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，分氣隙型、面積型和螺管型。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力小銜鐵為0.520010-5N時(shí)，磁吸力為(110)10-5N。分辨力及測(cè)量精度高分辨力及測(cè)量精度高機(jī)械位移：0.1m，甚至更??；角位移：0.1角秒。輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm 。重復(fù)性好，線性度優(yōu)良重復(fù)性好，線性度優(yōu)良在幾十m到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。不足不足：響應(yīng)較慢，不宜于高頻快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。 2022-5-124第

3、一節(jié)第一節(jié) 自感式傳感器自感式傳感器 先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)：先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)： 將一只將一只380V交流接觸器線圈與交流交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器的的36V交流電壓源上，如圖交流電壓源上，如圖4-1所示。這所示。這時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往下按，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減下按，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫

4、安。 2022-5-125電感傳感器的基本工作電感傳感器的基本工作原理演示原理演示F F220V準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作2022-5-126電感傳感器的基本工作電感傳感器的基本工作原理演示原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小氣隙變小，電感變大，電流變小F F2022-5-127電感傳感器的基本工作電感傳感器的基本工作原理原理 當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻Rm也也較大，線圈的電感量較大，線圈的電感量L和感抗和感抗XL 較小，所以較小，所以電流電流I 較大。當(dāng)鐵心閉合時(shí)，磁阻變小、電較大。當(dāng)鐵心閉合時(shí)，磁阻變小、電感變大，電流減小。感變大，電流減小。 (3 1)2LUUUI

5、ZXfL2022-5-128自感式電感傳感器常見的形式自感式電感傳感器常見的形式 變隙式變隙式 變截面式變截面式 螺線管式螺線管式 2022-5-129電感量計(jì)算公式電感量計(jì)算公式 ： 請(qǐng)分析電感量請(qǐng)分析電感量L與氣隙厚度與氣隙厚度 及氣隙的有效截及氣隙的有效截面積面積A之間的關(guān)系，并討論有關(guān)線性度的問題。之間的關(guān)系，并討論有關(guān)線性度的問題。20 2NALN：線圈匝數(shù)；：線圈匝數(shù)；A ：氣隙的有效截面積；：氣隙的有效截面積； 0 ：真空磁導(dǎo)率；：真空磁導(dǎo)率； ：氣隙厚度。氣隙厚度。 2022-5-1210（一）變隙式和變截面式電感傳感器（一）變隙式和變截面式電感傳感器1 1、工作原理、工作原理

6、組成：線圈1，銜鐵3和鐵芯2等。圖中點(diǎn)劃線表示磁路，磁路中空氣隙總長(zhǎng)度為l 。2022-5-1211mRNL2由磁路基本知識(shí)知，線圈自感為 N：線圈匝數(shù)； Rm：磁路總磁阻（鐵芯與銜鐵磁阻和空氣隙磁阻）變隙式自感傳感器，因?yàn)闅庀遁^小(為0.11mm)，所以，認(rèn)為氣隙磁場(chǎng)是均勻的，若忽略磁路鐵損，則磁路總磁阻為 由于自感傳感器的鐵芯一般在非飽和狀態(tài)下，其磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率，因此鐵芯磁阻遠(yuǎn)較氣隙磁阻小，所以上式可簡(jiǎn)化為 202NSLSlSlSlRm02221112022-5-1212可見，自感L是氣隙截面積和長(zhǎng)度的函數(shù)，即Lf(S,)如果S保持不變，則L為l的單值函數(shù)，構(gòu)成變隙式自感變隙式自

7、感傳感器傳感器；若保持不變，使S隨位移變化，則構(gòu)成變截面變截面式自感傳感器式自感傳感器。其特性曲線如圖。L=f（S）L=f（）LSL=f()為非線性關(guān)系。當(dāng)為非線性關(guān)系。當(dāng)0時(shí)，時(shí)，L為為，考慮導(dǎo)磁體的磁阻，當(dāng)，考慮導(dǎo)磁體的磁阻，當(dāng)0時(shí)，并不等于時(shí)，并不等于，而具有一定的數(shù)，而具有一定的數(shù)值，在值，在較小時(shí)其特性曲線如圖中虛較小時(shí)其特性曲線如圖中虛線所示。如上下移動(dòng)銜鐵使面積線所示。如上下移動(dòng)銜鐵使面積S改改變，從而改變變，從而改變L值時(shí)值時(shí),則則Lf(S)的特的特性曲線為一直線。性曲線為一直線。 2022-5-1213rx螺旋管鐵心單線圈螺管型傳感器結(jié)構(gòu)圖l（二）（二） 螺管型自感傳感器螺管

8、型自感傳感器有單線圈和差動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式。單線圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線圈和一根圓柱形鐵芯。傳感器工作時(shí)，因鐵芯在線圈中伸入長(zhǎng)度的變化，引起螺管線圈自感值的變化。當(dāng)用恒流源激勵(lì)時(shí)，則線圈的輸出電壓與鐵芯的位移量有關(guān)。2022-5-1214鐵芯在開始插入（x=0）或幾乎離開線圈時(shí)的靈敏度，比鐵芯插入線圈的1/2長(zhǎng)度時(shí)的靈敏度小得多。這說明只有在線圈中段才有可能獲得較高的靈敏度，并且有較好的線性特性。 若被測(cè)量與lc成正比，則L與被測(cè)量也成正比。實(shí)際上由于磁場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻，輸入量與輸出量之間關(guān)系非線性的。為了提高靈敏度與線性度,常采用差動(dòng)螺管式自感傳感器。圖(b)中H=f(x)曲線表明

9、：為了得到較好的線性,鐵芯長(zhǎng)度取0.6l時(shí),則鐵芯工作在H曲線的拐彎處,此時(shí)H變化小。這種差動(dòng)螺管式自感傳感器的測(cè)量范圍為(550)mm,非線性誤差在0.5左右。 2022-5-1215 綜上所述，螺線管式自感傳感器的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造裝配容易； 由于空氣間隙大，磁路的磁阻高，因此靈敏度低，但線性范圍大； 由于磁路大部分為空氣，易受外部磁場(chǎng)干擾； 由于磁阻高，為了達(dá)到某一自感量，需要的線圈匝數(shù)多，因而線圈分布電容大； 要求線圈框架尺寸和形狀必須穩(wěn)定，否則影響其線性和穩(wěn)定性。 2022-5-1216(三三)差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn)差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn) 請(qǐng)分析：靈敏度、請(qǐng)分析：靈敏度、 線性度線性

10、度有何變化有何變化曲線曲線1、2為為L(zhǎng)1、L2 的特性，的特性，3為差動(dòng)特性為差動(dòng)特性 在變隙式差動(dòng)電感傳感在變隙式差動(dòng)電感傳感器中，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移動(dòng)器中，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)線而偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)線圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。減小，形成差動(dòng)形式。 1-1-差動(dòng)線圈差動(dòng)線圈 2-2-鐵心鐵心 3-3-銜鐵銜鐵 4-4-測(cè)桿測(cè)桿 5-5-工件工件 2022-5-1217差動(dòng)式自感傳感器的靈敏度比單線圈傳感器提高一倍差動(dòng)式自感傳感器非線性失真小對(duì)差動(dòng)氣隙式傳感器其/與l/(r)的變化受到靈敏度和非線性失真相互矛盾的制約,因此只能適當(dāng)選

11、取。一般差動(dòng)變隙式自感傳感器/0.10.2時(shí)，可使傳感器非線性誤差在3左右。其工作行程很小,若取2mm,則行程為(0.20.5)mm；較大行程的位移測(cè)量,常利用螺管式自感傳感器2022-5-1218差動(dòng)式電感傳感器的特性差動(dòng)式電感傳感器的特性 從曲線圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器從曲線圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。 從結(jié)構(gòu)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器從結(jié)構(gòu)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以

12、互相抵消，銜鐵承受的電磁化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。 2022-5-1219（四）自感線圈的等效電路（四）自感線圈的等效電路 假設(shè)自感線圈為一理想純電感，但實(shí)際傳感器中包括：線圈的銅損電阻線圈的銅損電阻（Rc）、鐵芯的渦流損耗電阻鐵芯的渦流損耗電阻（Re）和線圈的寄生電容線圈的寄生電容（C）。因此，自感傳感器的等效電路如圖。 CLRcRe2022-5-1220( (五五) )測(cè)量轉(zhuǎn)換電路測(cè)量轉(zhuǎn)換電路2022-5-1221Z1Z2USCE/2E/2E變壓器電橋原理圖I1 1、變壓器電橋、變壓器電橋平衡臂為變壓器的兩個(gè)副邊，

13、當(dāng)負(fù)載阻抗為無窮大時(shí)，流入工作臂的電流為 21ZZEI212122122ZZZZEEZZZEUSC初始Z1=Z2=Z=RS+jL，故平衡時(shí)，USC=0。雙臂工作時(shí)，設(shè)Z1=ZZ，Z2=Z+Z，相當(dāng)于差動(dòng)式自感傳感器的銜鐵向一側(cè)移動(dòng)，則ZZEUSC2同理反方向移動(dòng)時(shí)ZZEUSC22022-5-1222可見，銜鐵向不同方向移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的輸出電壓Usc大小相等、方向相反，即相位互差180，可反映銜鐵移動(dòng)的方向。但是，為了判別交流信號(hào)的相位，需接入專門的相敏檢波電路。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：這種電橋與電阻平衡電橋相比，元件少，輸出阻抗小，橋路開路時(shí)電路呈線性；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：變壓器副邊不接地，易引起來自原邊的靜電感應(yīng)電

14、壓，使高增益放大器不能工作。 ELRLUSSC22222222LRZS變壓器電橋的輸出電壓幅值輸出阻抗為(略去變壓器副邊的阻杭，它遠(yuǎn)小于電感的阻抗)2022-5-1223誤差因素分析誤差因素分析（1 1）激勵(lì)電壓幅值與頻率的影響）激勵(lì)電壓幅值與頻率的影響激勵(lì)電源電壓幅值的波動(dòng)，會(huì)使線圈激勵(lì)磁場(chǎng)的磁通發(fā)生變化，直接影響輸出電勢(shì)。而頻率的波動(dòng)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇頻率，其影響不大。（2 2）溫度變化的影響）溫度變化的影響周圍環(huán)境溫度的變化，引起線圈及導(dǎo)磁體磁導(dǎo)率的變化，從而使線圈磁場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生溫度漂移。當(dāng)線圈品質(zhì)因數(shù)較低時(shí)，影響更為嚴(yán)重，因此，采用恒流源激勵(lì)比恒壓源激勵(lì)有利。適當(dāng)提高線圈品質(zhì)因數(shù)并采用

15、差動(dòng)電橋可以減少溫度的影響。 2022-5-1224零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓 當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值(從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV)存在，稱為零點(diǎn)殘余電壓零點(diǎn)殘余電壓。如圖是擴(kuò)大了的零點(diǎn)殘余電壓的輸出特性。零點(diǎn)殘余電壓的存在造成零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)；零點(diǎn)殘余電壓輸入放大器內(nèi)會(huì)使放大器末級(jí)趨向飽和，影響電路正常工作等。 0e2x-xe202022-5-1225零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：基波分量基波分量。由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組不可能完全一致，因此它的等效電路參數(shù)等效電路參數(shù)（互感M、自感L及損

16、耗電阻R）不可能相同，從而使兩個(gè)次級(jí)繞組的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)值不等。又因初級(jí)線圈中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素，使激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通相位不同。 高次諧波高次諧波。高次諧波分量主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵(lì)電流與磁通波形不一致產(chǎn)生了非正弦(主要是三次諧波)磁通，從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦電勢(shì)。另外，激勵(lì)電流波形失真，因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導(dǎo)致零點(diǎn)殘余電壓中有高次諧波成分。 2022-5-1226消除零點(diǎn)殘余電壓方法：消除零點(diǎn)殘余電壓方法：（1 1）從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性）從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性

17、為保證線圈和磁路的對(duì)稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對(duì)，采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。其次，應(yīng)選高磁導(dǎo)率、低矯頑力、低剩磁感應(yīng)的導(dǎo)磁材料。并應(yīng)經(jīng)過熱處理，消除殘余應(yīng)力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。由高次諧波產(chǎn)生的因素可知，磁路工作點(diǎn)應(yīng)選在磁化曲線的線性段。 （2 2）選用合適的測(cè)量線路）選用合適的測(cè)量線路 采用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動(dòng)方向，而且把銜鐵在中間位置時(shí)，因高次諧波引起的零點(diǎn)殘余電壓消除掉。如圖，采用相敏檢波后銜鐵反行程時(shí)的特性曲線由1變到2，從而消除了零點(diǎn)殘余電壓。e2+x-x210相敏檢波后的輸出特性2022-5-1227n 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成測(cè)量轉(zhuǎn)換電

18、路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來。但若僅電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來。但若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無法判別輸出的相位和位移的方向。的大小，卻無法判別輸出的相位和位移的方向。n 如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個(gè)能判如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大小別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大?。ǖ姆担€可以反映位移的方向（的相位）。（的幅值），還可以反映位移的方向（的相位）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。這種檢波電路稱為相敏檢波

19、電路。2、相敏檢波電路、相敏檢波電路2022-5-12282022-5-12292022-5-1230圖圖3-7 3-7 相敏檢波相敏檢波輸出特性曲線輸出特性曲線a）非相敏檢波）非相敏檢波 b）相敏檢波）相敏檢波1理想特性曲線理想特性曲線 2實(shí)際特性曲線實(shí)際特性曲線 2022-5-1231實(shí)測(cè)得到的實(shí)測(cè)得到的 相敏檢波電路相敏檢波電路的特性曲線的特性曲線 通過調(diào)零通過調(diào)零電路，可使輸電路，可使輸出曲線平移到出曲線平移到原點(diǎn)。原點(diǎn)。標(biāo)定位移時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線標(biāo)定位移時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線2022-5-1232第二節(jié)第二節(jié) 差動(dòng)變壓器式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器 差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一

20、次差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量線圈與二次線圈間的互感量M的變化。當(dāng)一次線圈接的變化。當(dāng)一次線圈接入激勵(lì)電源后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩入激勵(lì)電源后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。由于者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。由于兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變壓器。兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變壓器。定義：2022-5-1233 電源中用到的電源中用到的“單相變壓器單相變壓器”有一個(gè)一次線圈（又稱為初有一個(gè)一次線圈（又稱為初級(jí)線圈），有若干個(gè)二次線圈（又稱次級(jí)線圈）。當(dāng)一次線圈級(jí)線圈），有若

21、干個(gè)二次線圈（又稱次級(jí)線圈）。當(dāng)一次線圈加上交流激磁電壓加上交流激磁電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓UO O。在。在全波整流電路中，兩個(gè)二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個(gè)二次線全波整流電路中，兩個(gè)二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個(gè)二次線圈的電壓之和。圈的電壓之和。 請(qǐng)將請(qǐng)將單相變壓?jiǎn)蜗嘧儔浩髌鞫尉€圈二次線圈N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流電路的要全波整流電路的要求求正確地連接起來。正確地連接起來。2022-5-1234差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理 差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為

22、一次線圈與二次線圈間的互感量線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。當(dāng)一次的變化的裝置。當(dāng)一次線圈接入激勵(lì)電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)線圈接入激勵(lì)電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。由于兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變化。由于兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變壓器。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。壓器。 差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)原理如圖差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)原理如圖3-8所示。在線框上繞所示。在線框上繞有一組輸入線圈（稱一次線圈）；在同一線

23、框的上端有一組輸入線圈（稱一次線圈）；在同一線框的上端和下端再繞制兩組完全對(duì)稱的線圈（稱二次線圈），和下端再繞制兩組完全對(duì)稱的線圈（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。理想差動(dòng)變壓器它們反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。理想差動(dòng)變壓器的原理如圖的原理如圖3-9。圖中標(biāo)有黑點(diǎn)的一端稱為同名端，通。圖中標(biāo)有黑點(diǎn)的一端稱為同名端，通俗說法是指線圈的俗說法是指線圈的“頭頭”。 2022-5-1235差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 兩個(gè)二次線圈反兩個(gè)二次線圈反向串聯(lián)，組成差向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。動(dòng)輸出形式。 請(qǐng)將二次請(qǐng)將二次線圈線圈N21、N22的

24、的有關(guān)端點(diǎn)正確地有關(guān)端點(diǎn)正確地連接起來，并指連接起來，并指出哪兩個(gè)為輸出出哪兩個(gè)為輸出端點(diǎn)。端點(diǎn)。2022-5-12362022-5-1237副e2副原線圈差動(dòng)變壓器輸出電勢(shì)e2與銜鐵位移x的關(guān)系。其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。 差動(dòng)變壓器的輸出特性差動(dòng)變壓器的輸出特性2022-5-1238靈敏度與線性度靈敏度與線性度 差動(dòng)變壓器的靈敏度一般可達(dá)差動(dòng)變壓器的靈敏度一般可達(dá)0.55V/mm，行程越小，靈敏度越高。行程越小，靈敏度越高。 為了提高靈敏度，勵(lì)磁電壓在為了提高靈敏度，勵(lì)磁電壓在10V左右為左右為宜。電源頻率以宜。電源頻率以110kHz為好。為好。 差動(dòng)變壓器線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度

25、的差動(dòng)變壓器線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右左右。 例：欲測(cè)量例：欲測(cè)量20mm 2mm軸的直徑誤軸的直徑誤差，應(yīng)選擇差，應(yīng)選擇線圈骨架長(zhǎng)度線圈骨架長(zhǎng)度為多少的為多少的差動(dòng)變差動(dòng)變壓器（或壓器（或電感傳感器）為宜電感傳感器）為宜 ？2022-5-1239測(cè)量電路（1）差動(dòng)相敏檢波電路2022-5-1240（2）差動(dòng)整流電路 若若1、2虛焊，虛焊，Ua o、 Ub o將變成什么將變成什么波形？波形？2022-5-1241差動(dòng)整流的特點(diǎn)差動(dòng)整流的特點(diǎn) 電路是以兩個(gè)橋路整流后的直流電電路是以兩個(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出的，所以稱為差動(dòng)整流壓之差作為輸出的，所以稱為差動(dòng)整流電路。它不但可

26、以反映位移的大?。婋娐?。它不但可以反映位移的大?。妷旱姆担?，還可以反映位移的方向。壓的幅值），還可以反映位移的方向。 上圖中的上圖中的RP是用來微調(diào)電路平衡的，是用來微調(diào)電路平衡的， VD1VD4、VD5VD8組成普通橋式整流電路，組成普通橋式整流電路， 3、4、3、4組成低通濾波電路，組成低通濾波電路，1及及21、22、f、23組成差動(dòng)減法放大器，組成差動(dòng)減法放大器，用于克服用于克服a、b兩點(diǎn)的對(duì)地共模電壓。兩點(diǎn)的對(duì)地共模電壓。 2022-5-1242第三章：第三節(jié)第三章：第三節(jié) 電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用 一、位移測(cè)量位移測(cè)量 軸向式電感軸向式電感 測(cè)微器的外形測(cè)微器的外形

27、 航空插頭航空插頭紅寶石測(cè)頭紅寶石測(cè)頭2022-5-1243其他電感測(cè)微頭其他電感測(cè)微頭2022-5-1244模擬式及數(shù)字模擬式及數(shù)字式電感測(cè)微儀式電感測(cè)微儀2022-5-1245軸向式電感測(cè)微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)軸向式電感測(cè)微器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 1引線電纜引線電纜 2 2固定磁筒固定磁筒 3 3銜鐵銜鐵 4 4線圈線圈 5 5測(cè)力彈簧測(cè)力彈簧 6 6防轉(zhuǎn)銷防轉(zhuǎn)銷 7 7鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承）鋼球?qū)к墸ㄖ本€軸承） 8 8測(cè)桿測(cè)桿 9 9密封套密封套 1010測(cè)端測(cè)端 1111被測(cè)工件被測(cè)工件 1212基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面 2022-5-12462022-5-1247二、電感式滾柱直徑分選裝置二、電感式滾柱直徑分選

28、裝置 圖圖3-14 滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置 1 1氣缸氣缸 2 2活塞活塞 3 3推桿推桿 4 4被測(cè)滾柱被測(cè)滾柱 5 5落料管落料管 6 6電感電感測(cè)微器測(cè)微器 7 7鎢鋼測(cè)頭鎢鋼測(cè)頭 8 8限位擋板限位擋板 9 9電磁翻板電磁翻板 1010容器（料斗）容器（料斗） 2022-5-1248二、電感式滾柱直徑分選裝置二、電感式滾柱直徑分選裝置 測(cè)微儀測(cè)微儀圓柱滾子圓柱滾子2022-5-1249電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置（外形）（外形） 滑道滑道分選倉(cāng)位分選倉(cāng)位軸承滾子外形軸承滾子外形（參考中原量?jī)x股份有限公司資料）（參考中原量?jī)x股份有限公司資料）2022-5-125

29、0電感式滾柱直徑電感式滾柱直徑分選裝置分選裝置外形外形落料振動(dòng)臺(tái)落料振動(dòng)臺(tái)滑道滑道11個(gè)分選倉(cāng)位個(gè)分選倉(cāng)位（參考無錫市通達(dá)滾（參考無錫市通達(dá)滾子有限公司資料）子有限公司資料）廢料倉(cāng)廢料倉(cāng)2022-5-1251電感式滾柱直徑分選裝置（電感式滾柱直徑分選裝置（機(jī)械結(jié)構(gòu)放大）機(jī)械結(jié)構(gòu)放大）汽缸汽缸控制鍵盤控制鍵盤直徑測(cè)微裝置直徑測(cè)微裝置長(zhǎng)度測(cè)微裝置長(zhǎng)度測(cè)微裝置滑道滑道2022-5-1252機(jī)械及氣動(dòng)元件機(jī)械及氣動(dòng)元件電感測(cè)微器電感測(cè)微器汽缸汽缸 氣水分離器氣水分離器（供氣三聯(lián)件）（供氣三聯(lián)件）儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐導(dǎo)氣管導(dǎo)氣管 氣壓表氣壓表（0.4MPa左右）左右）2022-5-1253三、電感傳感器在仿形機(jī)

30、床中的應(yīng)用三、電感傳感器在仿形機(jī)床中的應(yīng)用 1 1標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板 2 2測(cè)端（靠模輪）測(cè)端（靠模輪） 3 3電感測(cè)微器電感測(cè)微器 4 4銑刀龍門框架銑刀龍門框架 5 5立柱立柱 6 6伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 7 7銑刀銑刀 8 8毛坯毛坯 2022-5-1254仿形銑床外形仿形銑床外形 仿形機(jī)床仿形機(jī)床采用采用 閉環(huán)工作方式閉環(huán)工作方式仿形頭仿形頭主主軸軸2022-5-1255仿形車床原理仿形車床原理2022-5-1256四、電感式不圓度計(jì)原理四、電感式不圓度計(jì)原理 該圓度計(jì)采用該圓度計(jì)采用旁向式電感測(cè)微頭旁向式電感測(cè)微頭2022-5-1257電感式不圓度測(cè)試系統(tǒng)電感式不圓度測(cè)試系統(tǒng)旁

31、向式電感測(cè)微頭旁向式電感測(cè)微頭2022-5-1258電感式不圓度測(cè)量系統(tǒng)外形電感式不圓度測(cè)量系統(tǒng)外形（參考（參考洛陽匯智測(cè)控技術(shù)有限公司資料）洛陽匯智測(cè)控技術(shù)有限公司資料）旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)盤測(cè)量頭測(cè)量頭2022-5-1259不圓度測(cè)量打印不圓度測(cè)量打印2022-5-1260電感式輪廓儀電感式輪廓儀 旁向式旁向式電感電感 測(cè)微頭測(cè)微頭2022-5-1261五、壓力測(cè)量五、壓力測(cè)量 1壓力輸入接頭壓力輸入接頭 2波紋膜盒波紋膜盒 3電纜電纜 4印制線路板印制線路板 5差動(dòng)線圈差動(dòng)線圈 6銜鐵銜鐵 7電源變壓器電源變壓器 8罩殼罩殼 9指示燈指示燈 10密封隔板密封隔板 11安裝底座安裝底座2022-5-

32、12622022-5-1263壓力測(cè)量用的膜盒壓力測(cè)量用的膜盒 膜盒由兩片波紋膜片焊接而成。所謂波紋膜片是膜盒由兩片波紋膜片焊接而成。所謂波紋膜片是一種壓有同心波紋的圓形薄膜。當(dāng)膜片四周固定，兩一種壓有同心波紋的圓形薄膜。當(dāng)膜片四周固定，兩側(cè)面存在壓差時(shí)，膜片將彎向壓力低的一側(cè)，因此能側(cè)面存在壓差時(shí)，膜片將彎向壓力低的一側(cè)，因此能夠?qū)毫ψ儞Q為直線位移。夠?qū)毫ψ儞Q為直線位移。2022-5-1264六、電感傳感器在粗糙度測(cè)量中的應(yīng)用六、電感傳感器在粗糙度測(cè)量中的應(yīng)用 手持式粗糙度儀手持式粗糙度儀 觸針觸針: : 金剛石圓錐；金剛石圓錐；針尖圓弧半徑：針尖圓弧半徑：5m5m；可存儲(chǔ)可存儲(chǔ)5005

33、00個(gè)粗糙度參數(shù)值及個(gè)粗糙度參數(shù)值及4 4組輪廓數(shù)據(jù)；組輪廓數(shù)據(jù)；可進(jìn)行粗糙度參數(shù)的打??；可進(jìn)行粗糙度參數(shù)的打印；可對(duì)外圓、內(nèi)孔、軸肩、圓錐面等各種復(fù)可對(duì)外圓、內(nèi)孔、軸肩、圓錐面等各種復(fù)雜表面進(jìn)行測(cè)試；雜表面進(jìn)行測(cè)試；2022-5-1265粗糙度儀外形粗糙度儀外形金剛石測(cè)頭金剛石測(cè)頭2022-5-1266粗糙度測(cè)量結(jié)果打?。ù植诙葴y(cè)量結(jié)果打?。?）2022-5-1267粗糙度測(cè)量結(jié)果打?。ù植诙葴y(cè)量結(jié)果打印（2）2022-5-1268圖圖3-17b 3-17b 某一某一壓力變送器的測(cè)量電路壓力變送器的測(cè)量電路 2022-5-1269七、一次儀表與七、一次儀表與 420mA二線制輸出方式二線制輸出方式 圖圖3-1