4.1.2互感式传感器测量位移（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

●项目——位移检测 ● 任务——轴承滚柱直径检测 1 ► 互感式传感器 ● 定义：把被测的非电量变化转换为线圈互感量M变化的传感器称为互感式传感器。 电感式传感器测量位移 互感式传感器 电磁感应原理 利用线圈的互感作用把被测位移量转换为感应电势的变化。由于这种传感器常常做成差动的形式，所以称差动变压器。 变压器 2 ► 差动变压器式传感器的工作原理 差动变压器式 传感器 被测位移量 互感量M 变化 一次线圈接入激励电源之后 二次线圈产生感应电动势 两者间的互感量变化 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压器 电感式传感器测量位移 ► 差动变压器式传感器的工作原理 变隙式 变面积式 螺线管式 1 2 4 3 (a)气隙型 1 2 3 （b)螺管型 4 螺线管式差动变压器 可以测量1~100 mm机械位移 测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等 电感式传感器测量位移 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 3 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 3 根据初、次级排列不同 二节式 三节式 四节式 五节式 零点电位较小 灵敏度高、线性范围大 改善了传感器线性度 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 ● 螺管式差动变压器 电感式传感器测量位移 1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆 线圈 铁芯 衔铁 测杆 一次侧线圈 二次侧线圈 骨架 6 电感式传感器测量位移 1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆 骨架 √ 骨架常采用绝缘、高频损耗小、抗潮湿、 温度膨胀系数小的材料制成圆柱形。 √ 普通的可用胶木棒， 要求高的则用环氧玻璃纤维、聚砜塑料或聚四氟乙烯等。 √ 骨架的形状和尺寸要精密对称。 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 7 ● 螺管式差动变压器 电感式传感器测量位移 1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆 线圈 铁芯 衔铁 测杆 √ 线圈通常用高强度漆包线密绕而成， 一般采用36～48号漆包线，导线直径取决于电源电压和频率的高低。 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 8 ● 螺管式差动变压器 电感式传感器测量位移 1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆 线圈 铁芯 衔铁 测杆 √ 作用： 提供闭合磁回路、 磁屏蔽和机械保护 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 9 ● 螺管式差动变压器 电感式传感器测量位移 1-一次绕组;2-二次绕组;3-衔铁;4-测杆 线圈 铁芯 衔铁 测杆 √ 衔铁和铁芯用同种导磁材料制造。高精度差动变压器宜用高镍坡莫合金。铁芯和衔铁要经过适当的热处理， 除去应力， 以改进磁性能。 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 10 电感式传感器测量位移 差动变压器等效电路 √ 为一次绕组激励电压； √ M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感，L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻； √ L21、L22分别为两个二次绕组的电感； √ R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 电感式传感器测量位移 差动变压器等效电路 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 √ 当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。E21=E22 。 √ 由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21 一边，这时互感M1 增大，M2 减小，因而二次绕组L21 内感应电动势大于二次绕组L22 内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁移动越大，差动输出电动势就越大。 电感式传感器测量位移 差动变压器等效电路 1. 螺线管式差动变压器——工作原理 √ 当衔铁向二次绕组L22 一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。 √ 因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。 电感式传感器测量位移 ► 差动变压器式传感器的工作原理 1. 螺线管式差动变压器——差动变压器输出特性 差动变压器理想输出特性 在线性范围内， 输出电动势随衔铁正、 负位移而线性增大。 ► 差动变压器式传感器的工作原理 ● 定义：当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。 电感式传感器测量位移 1. 螺线管式差动变压器——零点残余电压 0 E2 x -x E0 扩大了的零点残余