模块四 电感传感器-1（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（西南交大版）

本章学习自感式传感器和差动变压器的结构、工作原理、测量电路以及它们的应用。 模块四 电感传感器 1/5/2024 1 单元一 自感式电感传感器 实验： 将一只380V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的36V交流电压源上，如图4-1所示。这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零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。 1/5/2024 2 电感传感器的基本工作原理演示 F 220V 1/5/2024 3 电感传感器的基本工作原理演示 气隙变小，电感变大，电流变小 F 1/5/2024 4 当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。 1/5/2024 5 自感式传感器常见的结构形式 变隙式 变截面式 螺线管式 1/5/2024 6 电感量计算公式 ： 请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。 N：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积； 0 ：真空磁导率； ：气隙厚度。 1/5/2024 7 1、变隙式电感传感器 电感L与气隙厚度δ成反比，输入输出是非线性关系。δ越小，灵敏度就越高。为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器只能用于微位移的测量。 2、变截面式电感传感器 理论上电感量L与气隙截面积A是线性关系，灵敏度为常数。 3、螺线管式电感传感器 线圈电感量L与衔铁插入深度l大致成正比。 结构简单，制作容易，但灵敏度稍低，适用于测量稍大一点的位移，这种结构最常用。 1/5/2024 8 差动电感传感器的特点 请分析：灵敏度、 线性度有何变化 曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性 在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。 1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件 1/5/2024 9 差动式电感传感器的特性 从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度较高（约为非差动式电感传感器的两倍）。 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。 1/5/2024 10 当衔铁处于中间位置时,桥路平衡，输出电压Uo=0。 当衔铁下移时,下线圈感 抗增加，而上线圈感抗减 小,此时输出电压绝对值增 大，其相位与激励源同相。 当衔铁上移时，输出电 压的相位与激励源反相。 变压器电桥电路 测量转换电路—— 1/5/2024 11 测量转换电路 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，以便用仪表指示出来。但若仅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），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路。 1/5/2024 12 图4-1 相敏检波输出特性曲线 a）非相敏检波 b）相敏检波 1—理想特性曲线 2—实际特性曲线 1/5/2024 13 差动变压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M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势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。 单元二 差动变压器式传感器 目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。 1－一次线圈 2－二次线圈 3－衔铁 4－测杆 1/5/2024 14 电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈（又称为初级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激励电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。如果两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。 请将单相变压器二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。 Uo 10V 10V 1/5/2024 15 差动变压器式传感器的工作原理 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M的变化的装置。两个二次线圈采用差动接法，故称为