傳感器應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)-04習(xí)題答案

技能訓(xùn)練四電感式傳感器二、思考題1．填空題（1）單線圈螺管式電感傳感器主要由螺線管線圈和可沿線圈軸向移動(dòng)的銜鐵組成。（2）電感式傳感器一般用于測(cè)量位移，也可用于振動(dòng)、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)的測(cè)量。（3）對(duì)于差動(dòng)變壓器，當(dāng)銜鐵處于線圈中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)繞組與初級(jí)繞組間的互感相同。初級(jí)繞組加入激勵(lì)電源后，兩個(gè)次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，輸出電壓為零。但在實(shí)際應(yīng)用中，鐵芯處于差動(dòng)線圈中心位置時(shí)的輸出電壓并不為零，該電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。（4）電渦流傳感器的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)由電渦流傳感器和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。（5）電感式接近開關(guān)是一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，利用電渦流原理制成，主要用于金屬物體的位置檢測(cè)及判斷。（6）單線圈螺管式電感傳感器相比于變隙式電感傳感器優(yōu)點(diǎn)很多，缺點(diǎn)是靈敏度低，它廣泛用于測(cè)量大量程的直線位移。（7）電渦流傳感器常采用諧振電路和橋式電路作為測(cè)量電路。（8）自感式電感傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶銜鐵的鐵芯線圈，主要由鐵芯、線圈和銜鐵組成。（9）單一結(jié)構(gòu)的電感傳感器不適用于精密的測(cè)量，在實(shí)際工作中常采用兩個(gè)電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同的電感線圈共用一個(gè)銜鐵構(gòu)成的差動(dòng)式電感傳感器，（10）互感式電感傳感器主要由銜鐵、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組組成。由于在使用時(shí)兩個(gè)次級(jí)繞組反向串接，以差動(dòng)方式輸出，因此稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。2．選擇題（1）通常用電感式傳感器測(cè)量（c）。a．電壓b．磁場(chǎng)強(qiáng)度c．位移d．壓力（2）單線圈螺管式電感傳感器廣泛用于測(cè)量（c）。a．大量程角位移b．小量程角位移c．大量程直線位移d．小量程直線位移（3）差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路常采用（c）a．直流電橋b．交流電橋c．差分相敏檢波電路和差分整流電路d．運(yùn)算放大器電路（4）為了使螺管式差動(dòng)變壓器式傳感器具有較好的線性度，通常（a）。a．取測(cè)量范圍為線圈骨架的1/10～1/4b．取測(cè)量范圍為線圈骨架的1/2～2/3c．激勵(lì)電流頻率采用中頻d．激勵(lì)電流頻率采用高頻（5）欲測(cè)量極微小位移應(yīng)選擇（a）電感傳感器；希望線性好、測(cè)量范圍大，應(yīng)選擇（c）自感傳感器。a．變隙式b．變面積式c．螺管式（6）自感式傳感器采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)是為了（b）。a．加長(zhǎng)線圈長(zhǎng)度，從而增加線性范圍b．提高靈敏度，減小測(cè)量誤差c．降低成本d．增加線圈對(duì)銜鐵的吸引力（7）與自感式傳感器配用的測(cè)量電路主要有（d）。a．差動(dòng)相敏檢波電路b．差動(dòng)整流電路c．直流電橋d．變壓器交流電橋（8）電感式接近開關(guān)能夠檢測(cè)（a）的位置。a．金屬物體b．塑料c．磁性物體（9）由于電渦流傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可實(shí)現(xiàn)（b）的測(cè)量，因此得到了廣泛應(yīng)用。a．接觸b．非接觸（10）螺管式傳感器屬于（b）式，兩者僅僅是結(jié)構(gòu)不同而已。a．變隙b．變面積（11）電渦流接近開關(guān)可以利用電渦流原理檢測(cè)出（c）的接近程度。a．人體b．水c．黑色金屬零件d．塑料零件3．簡(jiǎn)答題（1）說(shuō)明單線圈電感傳感器和差動(dòng)式電感傳感器的主要組成和工作原理。答：?jiǎn)尉€圈電感傳感器主要由鐵芯、線圈和銜鐵組成。傳感器工作時(shí)，銜鐵與被測(cè)物體相連。當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)銜鐵移動(dòng)，氣隙厚度δ和導(dǎo)磁面積S隨之發(fā)生改變，從而引起磁路中磁阻的改變，進(jìn)而導(dǎo)致線圈自感量發(fā)生變化。只要測(cè)出電感量的變化，就能確定銜鐵（被測(cè)物體）位移量的大小和方向。差動(dòng)式電感傳感器由兩個(gè)電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同的電感線圈共用一個(gè)銜鐵構(gòu)成。當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量物體移動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩線圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)，總的電感變化量與銜鐵移動(dòng)的距離成正比。通過(guò)分析計(jì)算可知，差動(dòng)式電感傳感器的靈敏度約為非差動(dòng)式的兩倍，而且線性度較好，靈敏度較高。（2）電感式傳感器測(cè)量電路的主要任務(wù)是什么？答：作用是將線圈電感的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。（3）概述差動(dòng)變壓器式傳感器的組成和工作原理，用差動(dòng)變壓器測(cè)量較高頻率，例如10kHz的振幅，可以嗎？為什么？答：差動(dòng)變壓器主要由銜鐵、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組組成，其等效電路圖如圖4-16所示，給初級(jí)繞組N1施加勵(lì)磁電壓ui，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個(gè)次級(jí)繞組N21和N22中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E21和E22，由于兩個(gè)次級(jí)繞組反向串接，因此差動(dòng)輸出電壓uo=E21－E22。。當(dāng)銜鐵處于線圈中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)繞組與初級(jí)繞組間的互感相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相同，即E21=E22，并且uo=0V。當(dāng)銜鐵隨著被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，一個(gè)次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加，而另一個(gè)次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減少，則E21≠E22，uo≠0V，uo與銜鐵的位移X成正比，即uo=KX，根據(jù)uo的值即可確定被測(cè)物體的位移量，根據(jù)uo的正負(fù)即可確定被測(cè)物體的移動(dòng)方向。用差動(dòng)變壓器測(cè)量較高頻率例如10kHz的振幅，是可以的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電源頻率太低時(shí)，靈敏度下降，誤差增大；當(dāng)電源頻率太高時(shí)，導(dǎo)線的有效電阻增加，渦流損耗增大，靈敏度也降低，誤差增大；當(dāng)電源頻率采用中頻時(shí)，以400Hz~10kHz為佳，靈敏度為常數(shù)，不隨頻率變化。（4）什么是電渦流效應(yīng)？簡(jiǎn)述電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。答：將金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并自發(fā)形成閉合回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流就像水中旋渦一樣在導(dǎo)體中轉(zhuǎn)圈，因此被稱為渦流。渦流現(xiàn)象被稱為渦流效應(yīng)，電渦流式傳感器就是利用渦流效應(yīng)來(lái)工作的。電渦流式傳感器主要由安置于框架上的扁平線圈構(gòu)成，如圖4-22所示。給激勵(lì)線圈中通以正弦交流電i1時(shí)，線圈周圍（L）將產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1，使位于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體感應(yīng)出電渦流i2，i2又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)H2，H2將阻礙原磁場(chǎng)的變化，從而導(dǎo)致線圈內(nèi)阻抗發(fā)生變化。線圈阻抗的變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān)，又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)，即與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流傳感器正是利用這個(gè)定律將傳感器與被測(cè)金屬導(dǎo)體之間距離的變化轉(zhuǎn)換成線圈品質(zhì)因數(shù)、等效阻抗和等效電感三個(gè)參數(shù)的變化，再通過(guò)測(cè)量、檢波、校正等電路變?yōu)榫€性電壓（電流）的變化。（5）簡(jiǎn)述電感式傳感器的應(yīng)用。答：電感式傳感器測(cè)量的基本量是位移，一般用于接觸測(cè)量，也可用于振動(dòng)、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)的測(cè)量。如：電感式圓度儀測(cè)量零件的圓度、波紋度、同心度、同軸度、平面度、平行度、垂直度、偏心、軸向跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)，并能進(jìn)行諧波分析、波高波寬分析；電感測(cè)微儀可用于微小位移的測(cè)量精密。（6）簡(jiǎn)述電渦流式傳感器的應(yīng)用。答：電渦流傳感器目前已被廣泛應(yīng)用于能源、化工、醫(yī)學(xué)、汽車、冶金、機(jī)器制造、軍工、科研教學(xué)等諸多領(lǐng)域，可用于機(jī)械中的振動(dòng)與位移、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼的熱膨脹量的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)線的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制，科學(xué)研究中的多種微小距離與微小運(yùn)動(dòng)的測(cè)量等。如：電渦流位移計(jì)用來(lái)測(cè)量各種形狀金屬導(dǎo)體的位移