傳感器應(yīng)用技能實訓-04習題答案

技能訓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的銜鐵組成。（2）電感式傳感器一般用于測量位移，也可用于振動、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)的測量。（3）對于差動變壓器，當銜鐵處于線圈中心位置時，兩個次級繞組與初級繞組間的互感相同。初級繞組加入激勵電源后，兩個次級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同，輸出電壓為零。但在實際應(yīng)用中，鐵芯處于差動線圈中心位置時的輸出電壓并不為零，該電壓稱為零點殘余電壓。（4）電渦流傳感器的整個測量系統(tǒng)由電渦流傳感器和測量轉(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)點很多，缺點是靈敏度低，它廣泛用于測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量電路。（8）自感式電感傳感器實質(zhì)上是一個帶銜鐵的鐵芯線圈，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量，在實際工作中常采用兩個電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同的電感線圈共用一個銜鐵構(gòu)成的差動式電感傳感器，（10）互感式電感傳感器主要由銜鐵、初級繞組和次級繞組組成。由于在使用時兩個次級繞組反向串接，以差動方式輸出，因此稱為差動變壓器式傳感器。2．選擇題（1）通常用電感式傳感器測量（c）。a．電壓b．磁場強度c．位移d．壓力（2）單線圈螺管式電感傳感器廣泛用于測量（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）差動變壓器的測量電路常采用（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．運算放大器電路（4）為了使螺管式差動變壓器式傳感器具有較好的線性度，通常（a）。a．取測量范圍為線圈骨架的1/10～1/4b．取測量范圍為線圈骨架的1/2～2/3c．激勵電流頻率采用中頻d．激勵電流頻率采用高頻（5）欲測量極微小位移應(yīng)選擇（a）電感傳感器；希望線性好、測量范圍大，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結(jié)構(gòu)是為了（b）。a．加長線圈長度，從而增加線性范圍b．提高靈敏度，減小測量誤差c．降低成本d．增加線圈對銜鐵的吸引力（7）與自感式傳感器配用的測量電路主要有（d）。a．差動相敏檢波電路b．差動整流電路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（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)簡單，又可實現(xiàn)（b）的測量，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．簡答題（1）說明單線圈電感傳感器和差動式電感傳感器的主要組成和工作原理。答：單線圈電感傳感器主要由鐵芯、線圈和銜鐵組成。傳感器工作時，銜鐵與被測物體相連。當被測物體移動時，帶動銜鐵移動，氣隙厚度δ和導磁面積S隨之發(fā)生改變，從而引起磁路中磁阻的改變，進而導致線圈自感量發(fā)生變化。只要測出電感量的變化，就能確定銜鐵（被測物體）位移量的大小和方向。差動式電感傳感器由兩個電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同的電感線圈共用一個銜鐵構(gòu)成。當銜鐵隨被測量物體移動而偏離中間位置時，兩線圈的電感量一個增加，一個減小，形成差動，總的電感變化量與銜鐵移動的距離成正比。通過分析計算可知，差動式電感傳感器的靈敏度約為非差動式的兩倍，而且線性度較好，靈敏度較高。（2）電感式傳感器測量電路的主要任務(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輸出。（3）概述差動變壓器式傳感器的組成和工作原理，用差動變壓器測量較高頻率，例如10kHz的振幅，可以嗎？為什么？答：差動變壓器主要由銜鐵、初級繞組和次級繞組組成，其等效電路圖如圖4-16所示，給初級繞組N1施加勵磁電壓ui，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個次級繞組N21和N22中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E21和E22，由于兩個次級繞組反向串接，因此差動輸出電壓uo=E21－E22。。當銜鐵處于線圈中心位置時，兩個次級繞組與初級繞組間的互感相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也相同，即E21=E22，并且uo=0V。當銜鐵隨著被測物體移動時，一個次級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢增加，而另一個次級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢減少，則E21≠E22，uo≠0V，uo與銜鐵的位移X成正比，即uo=KX，根據(jù)uo的值即可確定被測物體的位移量，根據(jù)uo的正負即可確定被測物體的移動方向。用差動變壓器測量較高頻率例如10kHz的振幅，是可以的。實驗結(jié)果表明，電源頻率太低時，靈敏度下降，誤差增大；當電源頻率太高時，導線的有效電阻增加，渦流損耗增大，靈敏度也降低，誤差增大；當電源頻率采用中頻時，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：將金屬導體置于變化的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，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。給激勵線圈中通以正弦交流電i1時，線圈周圍（L）將產(chǎn)生正弦交變磁場H1，使位于此磁場中的金屬導體感應(yīng)出電渦流i2，i2又產(chǎn)生新的交變磁場H2，H2將阻礙原磁場的變化，從而導致線圈內(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)，又與靜磁學效應(yīng)有關(guān)，即與金屬導體的電導率、磁導率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到金屬導體的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流傳感器正是利用這個定律將傳感器與被測金屬導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參數(shù)的變化，再通過測量、檢波、校正等電路變?yōu)榫€性電壓（電流）的變化。（5）簡述電感式傳感器的應(yīng)用。答：電感式傳感器測量的基本量是位移，一般用于接觸測量，也可用于振動、壓力、荷重、流量、液位等參數(shù)的測量。如：電感式圓度儀測量零件的圓度、波紋度、同心度、同軸度、平面度、平行度、垂直度、偏心、軸向跳動和徑向跳動，并能進行諧波分析、波高波寬分析；電感測微儀可用于微小位移的測量精密。（6）簡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、汽車、冶金、機器制造、軍工、科研教學等諸多領(lǐng)域，可用于機械中的振動與位移、轉(zhuǎn)子與機殼的熱膨脹量的長期監(jiān)測，生產(chǎn)線的在線自動監(jiān)測與自動控制，科學研究中的多種微小距離與微小運動的測量等。如：電渦流位移計用來測量各種形狀金屬導體的位移