4.电感式传感器（教案）-《传感器应用技术》同步教学（高教版.第2版）

4.电感式传感器 课 题 电感式传感器 计划学时 4 学时 授课类型 新授课 教学方法 讲授，多媒体教学，实物观察，提问设问，对比法，任务驱动法等。 教具准备 多媒体课件 电感式传感器 教学目标 知识目标： 1.了解电感式传感器的工作原理和分类，了解电感式接近开关的结构。 2.了解电感式接近开关的安装和接线方式。 技能目标： 1.学会安装电感式接近开关。 2.学会检测电感式接近开关的检测距离，以此调整安装位置。 情感目标： 通过自主探究、团队协作，培养学生的团队合作意识，树立企业产品质量意识，强化学生 的规范操作。 教学重点 自感式电感传感器的结构、类型和工作原理 教学难点 三种电感式传感器的工作原理 教学过程 步骤 时间 教师活动 学生活动 设计意图 一、导入新课 （5 分钟） 案例引入：在机电设备里很常见的是一类叫做电感式接近开关的电感传感器。它是一种无须与被测运动物件有机械接触就可以直接操作的位置开关。当物件接近电感式接近开关检测面时，没有发生机械接触，也不会对开关施加任何压力即可令开关动作。它常被应用于位置检测、部件运动限位、工件材质检测等场合。 学生观看图片、案例了解电感式传感器的主要作用 引导学生整体了解所学内容 二、教学新课 1.什么是电感？（电工电子课程知识回顾） （1）简述电感概念 电感:它是描述由于线圈电流变化，在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。感生电动势的大小与电流的变化率成正比，比例因数称为电感，以符号L表示，单位为亨利(H)。电感是自感和互感的总称。 （2） 简述自感概念 自感:当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。 当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化， 此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，这就是自感。 （3） 简述互感概念 互感:两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。 2.电感式传感器 （1）电感式传感器概述 【定义】利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出, 这种装置称为电感式传感器。电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感。 【优缺】优：结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大； 缺：灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低。 【应用】能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制, 在自动控制系统中广泛采用。 【分类】自感式、互感式、电涡流式 （2） 自感式传感器 ①结构 以课本图4-7认识自感式传感器基本结构为线圈、铁心和衔铁。 ②工作原理 以动画的形式认识自感式传感器在产生位移时产生的变化。 ③结论 线圈匝数不变，自感与磁阻Rm成反比。 若忽略磁路磁损，则。 提问：由此可将自感式传感器划分为几种类型呢？ ④类型 如果S保持不变，则L为δ的单值函数，构成变气隙式自感传感器。 若保持δ不变，使S随被测量变化，则构成变截面式自感传感器。 若线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上、下移动时，自感量将相应发生变化，就构成了螺线管型自感传感器。 ⑤应用 可用于静态和动态测量。主要用于位移测量，也可用于振动、压力、荷重、流量、液位参数测量。例如电感测微仪。 （3） 互感式传感器 ①定义简述 把被测量的变化转换为变压器的互感变化。变压器一次绕组 输入交流电压，二次绕组互感应出电势。 ②认识结构 螺管式差动变压器在线框上绕有3组线圈，其中N1为输入线 圈(称一次线圈)； N21和N22是两组完全对称的线圈(称二次线圈)，它们反向串联组成差动输出形式。 （4） 电涡流式传感器 ①电涡流效应:当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内引起感应电流，此电流在导体内闭合,称为涡流。 ②电涡流传感器简述： 当电涡流传感器（一个高频电磁场源）靠近金属导体时，会在金属导体内产生感应电流。这些感应电流形成闭合的旋涡状路径，即电涡流。电涡流会产生一个反向磁场，影响原磁场，并导致磁感应强度的变化。传感器的输出信号与这个磁感应变化相关，从而反映了金属导体的表面特性。 是一种建立在电涡流效应原理上的传感器。它具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强以及体积小等一系列优点。其最大的特点是可以对物体表面为金属导体的多种物理量实现非接触测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度、硬度和流量等参数，并且还可以进行无损伤探伤。 （5）认识电感式接近开关 电感式接近开关用于检测各种金属导体。当运动的金属物 体靠近到接近开关一定位置时，它就发出信号控制电路通或断， 达到行程控制、计数及自动控制的作用， 它相当于一个无触点开关。在课本中了解电感式接近开关的结构、实物与图形符号。 学生在课本中用笔记录相关概念 学生在课本中用笔记录相关概念 学生观看电感式传感器认知视频，对比课本中的概述，了解电感式传感器的作用、分类、优缺点等 观察结构图，认识自感式传感器基本结构 学生观察动图变化 学生思考并回答问题 自主阅读，学习探究，做出勾画，教师作以总结 观察电涡流效应动图 学生自我探究，做出重点勾画，教师作以总结 回顾课本中未呈现，之前其他课程中学习过的相关知识 回顾课本中未呈现，之前其他课程中学习过的相关知识 采用动图形式让学生的感受更直观 加强学生学习分析能力 让学生更好的理解电涡流效应含义 加强学生的自主学习能力 三、课堂小结 本节课介绍了电感式传感器的基本原理、分类、特点以及应用实例。通过学习，我们了解了电感式传感器在工业自动化、测量与控制等领域的重要应用。在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的电感式传感器，并注意其安装、调试和维护工作。同时，我们也需要关注电感式传感器的发展趋势，如微型化、智能化等，以便更好地满足未来工业自动化和测量与控制的需求。 四、课堂练习 1.电感式传感器是利用____________原理将被测非电量转换成线圈的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。 2.对自感式传感器，当气隙变小时，电感____________。 3.电感式传感器从原理上可分为____________、 、 三种类型。 五、课后作业 1. 请简述电感式传感器的原理和应用。 2. 请描述自感式传感器的主要类型及其特点。 3. 什么是电涡流效应？ 学科网（北京）股份有限公司 $$