《電感式傳感器》課件

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1、湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室第 四 章 電 感 式 傳 感 器 本 章 的 主 要 內(nèi) 容 有 ：1.自 感 式 電 感 傳 感 器 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 ；2.互 感 式 電 感 傳 感 器 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 ；3. 電 感 傳 感 器 的 典 型 測(cè) 量 電 路 ；4. 電 感 傳 感 器 的 主 要 應(yīng) 用 ； 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 電 感 式 傳 感 器 是 利 用 被 測(cè) 量 的 變 化 引 起 線(xiàn) 圈 自 感 或 互 感系 數(shù) 的 變 化 ， 導(dǎo) 致 線(xiàn) 圈 電 感 量 改 變 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 測(cè) 量 的 。分 類(lèi) :電 感 式 傳 感 器 自 感 型互 感 型 變 面 積 型 電

2、 傳 感 器螺 線(xiàn) 管 型 電傳 感 器變 間 隙 型 電傳 感 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.1 自 感 式 電 感 傳 感 器 自 感 式 電 感 傳 感 器 常 見(jiàn) 的 形 式 : 變 隙 式 變 截 面 式 螺 線(xiàn) 管 式 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.1 自 感 式 電 感 傳 感 器 先 看 一 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) ： 將 一 只 380V交 流 接 觸 器 線(xiàn) 圈 與 交 流 毫 安 表 串 聯(lián) 后 ， 接到 機(jī) 床 用 控 制 變 壓 器 的 36V交 流 電 壓 源 上 ， 如 圖 4-1所 示 。這 時(shí) 毫 安 表 的 示 值 約 為 幾 十 毫 安 。 用 手 慢 慢 將 接

3、 觸 器 的 活動(dòng) 鐵 心 （ 稱(chēng) 為 銜 鐵 ） 往 下 按 ， 我 們 會(huì) 發(fā) 現(xiàn) 毫 安 表 的 讀 數(shù) 逐漸 減 小 。 當(dāng) 銜 鐵 與 固 定 鐵 心 之 間 的 氣 隙 等 于 零 時(shí) ， 毫 安 表的 讀 數(shù) 只 剩 下 十 幾 毫 安 。 電 感 傳 感 器 的 基 本 工 作 原 理 演 示F 220V準(zhǔn) 備 工 作 電 感 傳 感 器 的 基 本 工 作 原 理 演 示氣 隙 變 小 ， 電 感 變 大 ， 電 流 變 小F 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.1 自 感 式 電 感 傳 感 器 自 感 式 電 感 傳 感 器 有 變 間 隙 型 、變 面 積 型 和 螺 管 型

4、 三 種 。 4.1.1 原 理 分 析 4.1.1.1 變 間 隙 型 電 感 傳 感 器 它 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 如 右 圖 所 示 。工 作 時(shí) 銜 鐵 與 被 測(cè) 物 體 連 接 ， 被 測(cè)物 體 的 位 移 將 引 起 空 氣 隙 的 變 化 ，導(dǎo) 致 了 線(xiàn) 圈 電 感 量 的 變 化 。 線(xiàn) 圈 的電 感 可 用 下 式 表 示 ： mRNL 2 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室線(xiàn) 圈 的 電 感 值 可 近 似 地 表 示 為 因 此 ， 其 靈 敏 度 隨 氣 隙 的 增 大 而 減 小 。忽 略 磁 路 鐵 損 ， 則 磁 路 總 磁 阻 為 AAlAlRm 02211 2

5、AAlAl NRNL m 02211 22 2 2 02 ANL 因 此 ： 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 鐵 心 與 銜 鐵 之 間 相 對(duì) 覆 蓋 面 積 隨 被 測(cè) 量 的 變 化面 改 變 ， 導(dǎo) 致 線(xiàn) 圈 的 電 感 量 發(fā) 生 變 化 ， 這 種 形 式 稱(chēng)之 為 變 面 積 型 電 感 傳 感 器 ， 見(jiàn) 圖 4.1.2。 L與 是 非線(xiàn) 性 的 ， 但 與 A成 正 比 ， 特 性 曲 線(xiàn) 參 見(jiàn) 圖 4.1.3。 123 L , A L=f(A)L=f( ) 圖 4.1.3 電 感 傳 感 器 特 性圖 4.1.2 變 面 積 型 電 感 傳 感 器1-銜 鐵 2-鐵 芯 3

6、-線(xiàn) 圈 可 變 導(dǎo) 磁 面 積 型 4.1.1.2 變 面 積 型 電 感 傳 感 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室下 圖 為 其 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 ， 銜 鐵 隨 被 測(cè) 物 移 動(dòng) ， 引 起磁 阻 發(fā) 生 變 化 ， 導(dǎo) 致 電 感 量 改 變 。 l rx2r a 1 2圖 4.1.4 螺 管 型 電 感 傳 感 器 1-線(xiàn) 圈 2-銜 鐵 線(xiàn) 圈 電 感 量 與 銜 鐵 進(jìn) 入 線(xiàn) 圈的 長(zhǎng) 度 可 表 示 為 4.1.1.3 螺 管 型 電 感 式 傳 感 器通 過(guò) 以 上 分 析 可 得 結(jié) 論 : 變 間 隙 型 靈 敏 度 較 高 ,但 非 線(xiàn)

7、性 誤 差較 大 ； 變 面 積 型 靈 敏 度 較 小 ,但 線(xiàn) 性 較 好 ,量程 較 大 ； 螺 管 型 靈 敏 度 較 低 ,但 量 程 大 且 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn) 單 。 222 22 )1(4 aam rllrl NL 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 用 兩 個(gè) 相 同 的 傳 感 線(xiàn) 圈 共 用 一 個(gè) 銜 鐵 ,構(gòu) 成 差 動(dòng) 式電 感 傳 感 器 ,這 樣 可 以 提 高 傳 感 器 的 靈 敏 度 ,減 小 測(cè) 量誤 差 。 下 圖 是 變 間 隙 型 、 變 面 積 型 及 螺 管 型 三 種 類(lèi) 型的 差 動(dòng) 結(jié) 構(gòu) 。 l 2 34a) b) l 2 3 4 l 3 4 c)圖 4

8、.1.5 差 動(dòng) 式 電 感 傳 感 器 a) 變 間 隙 型 b) 變 面 積 型 c) 螺 管 型1-線(xiàn) 圈 2-鐵 芯 3-銜 鐵 4-導(dǎo) 桿 4.1.1.4 差 動(dòng) 式 電 感 傳 感 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.1.2 測(cè) 量 電 路 差 動(dòng) 式 結(jié) 構(gòu) 可 以 提 高 靈 敏 度 ， 改 善 線(xiàn) 性 ， 所 以 交流 電 橋 大 多 采 用 雙 臂 工 作 形 式 。 下 圖 是 交 流 電 橋 的 幾種 常 用 形 式 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室當(dāng) L R 時(shí) ， 上 式 可 近 似 為 ： 可 見(jiàn) :交 流 電 橋 的 輸 出 電 壓 與

9、傳 感 器 線(xiàn) 圈 電 感 的 相 對(duì) 變化 量 成 正 比 。 電 阻 平 衡 臂 電 橋 如 上 圖 a所 示 ， 工 作 時(shí) ，Z1=Z+ Z和 Z2=Z- Z， 當(dāng) ZL 時(shí) ， 電 橋的 輸 出 電 壓 為 : ZZUURZZ ZZRRZURR RUZZ ZU 22)( )(2 .21 211.21 1.21 10. LLUU 2.0.4.1.2.1 電 阻 平 衡 臂 電 橋 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室由 于 Z1=Z- Z， Z2=Z+ Z， 故 ： 同 理 ， 當(dāng) 銜 鐵 上 移 時(shí) ， 則 有 ：變 壓 器 式 電 橋 如 前 圖 b， 當(dāng) 負(fù) 載 阻 抗 無(wú)窮 大 時(shí) 輸

10、出 電 壓 為 ： 21 12.221 .20. 222 ZZ ZZUUZZZ UUIZU ZZUU 2.0. ZZUU 2.0.4.1.2.2 變 壓 器 式 電 橋可 見(jiàn) :輸 出 電 壓 反 映 了 傳 感 器 線(xiàn) 圈 阻 抗 的 變 化 ， 還 需 辯 向 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 該 電 橋 如 前 圖 c所 示 。 它 以 差 動(dòng)電 感 傳 感 器 的 兩 個(gè) 線(xiàn) 圈 作 電 橋 工 作臂 ， 而 緊 耦 合 的 兩 個(gè) 電 感 作 為 固 定臂 組 成 電 橋 電 路 。 采 用 這 種 測(cè) 量 電路 可 以 消 除 與 電 感 臂 并 聯(lián) 的 分 布 電容 對(duì) 輸 出 信

11、 號(hào) 的 影 響 ， 使 電 橋 平 衡穩(wěn) 定 ， 另 外 簡(jiǎn) 化 了 接 地 和 屏 蔽 的 問(wèn) 題 。 4.1.2.3 緊 耦 合 電 感 臂 電 橋 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 1.工 作 原 理 :互 感 現(xiàn) 象E w Eout WW1W2Es x-x 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 構(gòu) 成 該 類(lèi) 型 的 傳 感 器 主要 包 括 有 銜 鐵 、 一 次 繞 組 和 二 次 繞 組 等 。 一 、 二 次 繞 組 間 的 耦 合 能 隨 銜 鐵 的 移 動(dòng) 而 變 化 ， 即 繞 組間 的 互 感 隨 被 測(cè) 位 移 改 變 而

12、 變 化 。 由 于 在 使 用 時(shí) 采 用 兩 個(gè) 二次 繞 組 反 向 串 接 ， 以 差 動(dòng) 方 式 輸 出 ， 所 以 把 這 種 傳 感 器 稱(chēng) 為差 動(dòng) 變 壓 器 式 電 感 傳 感 器 ， 通 常 簡(jiǎn) 稱(chēng) 差 動(dòng) 變 壓 器 。4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 Ew Eout 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室2. 等 效 電 路 L 21 E 2 L 22 E 22E 21U 1 R 22R 21R 1 M 1M 211 11 LjR ui 1121 iMje 1222 iMje 1 1211 2121 mR NNiNM 2 1221 2222 mR NNiNM 11 12122212 )

13、( LjR uMMjeeu 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 L1 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 （ 3） 當(dāng) 銜 鐵 向 二 次 繞 組 L22一 邊 移 動(dòng) 時(shí) 輸 出 也 不 為 零 ， 但 由 于移 動(dòng) 方 向 改 變 ， 所 以 輸 出 電 動(dòng) 勢(shì) 反 相 。 因 此 通 過(guò) 差 動(dòng) 變 壓 器 輸出 電 動(dòng) 勢(shì) 的 大 小 和 相 位 可 以 知 道 銜 鐵 位 移 量 的 大 小 和 方 向 。 （ 1） 當(dāng) 銜 鐵 處 于 中 間 位 置 時(shí) ， 兩 個(gè) 二 次 繞 組 互 感 相 同 ， 所 以差 動(dòng) 輸 出 電 動(dòng) 勢(shì) 為 零 。（ 2） 當(dāng) 銜 鐵 移 向 二 次 繞 組 L21

14、一 邊 時(shí) ， 輸 出 不 為 零 ， 在 量 程 內(nèi)移 動(dòng) 量 越 大 ， 輸 出 量 就 越 大 。2. 等 效 電 路 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 11 12122212 )( LjR uMMjeeu 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室差 動(dòng) 變 壓 器 的 輸 出 特 性 曲 線(xiàn) 如 左 圖 所 示 ， 其 中 E2的 實(shí) 線(xiàn) 表 示 理 想 的 輸 出 特性 ， 而 虛 線(xiàn) 部 分 表 示 實(shí) 際的 輸 出 特 性 。 E0為 零 點(diǎn) 殘余 電 動(dòng) 勢(shì) 。 零 點(diǎn) 殘 余 使 得 傳 感 器的 輸 出 特 性 在 零 點(diǎn) 附 近 不靈 敏 ， 給 測(cè) 量 帶 來(lái) 誤 差 ，它 的 大 小 是

15、 衡 量 差 動(dòng) 變 壓 器 性 能 好 壞 的 重 要 指 標(biāo) 。4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室減 小 零 點(diǎn) 殘 余 的 方 法 ： 盡 可 能 保 證 傳 感 器 幾 何 尺 寸 、 線(xiàn) 圈 電氣 參 數(shù) 及 磁 路 的 對(duì) 稱(chēng) 。 磁 性 材 料 要 經(jīng) 過(guò)處 理 ， 消 除 內(nèi) 部 的 殘 余 應(yīng) 力 ， 使 其 性 能均 勻 穩(wěn) 定 。 選 用 合 適 的 測(cè) 量 電 路 ， 如 采 用 相 敏 整流 電 路 。 既 可 判 別 銜 鐵 移 動(dòng) 方 向 又 可 改善 輸 出 特 性 ， 減 小 零 點(diǎn) 殘 余 電 動(dòng) 勢(shì) 。 采 用 補(bǔ) 償 線(xiàn) 路 減 小

16、零 點(diǎn) 殘 余 電 動(dòng) 勢(shì) 在差 動(dòng) 變 壓 器 二 次 側(cè) 串 、 并 聯(lián) 適 當(dāng) 數(shù) 值 的 電 阻 電 容 元 件 ， 當(dāng) 調(diào) 整 這 些 元 件 時(shí) ， 可使 零 點(diǎn) 殘 余 電 動(dòng) 勢(shì) 減 小 。 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室3 常 用 測(cè) 量 電 路 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 換 電 路 的 作 用 是 將 電 感 量 的 變 化 轉(zhuǎn) 換 成 電 壓 或 電 流的 變 化 ， 以 便 用 儀 表 指 示 出 來(lái) 。 但 若 僅 采 用 電 橋 電 路 和 普 通 的檢 波 電 路 ， 則 只 能 判 別 位 移 的 大 小 ， 卻 無(wú) 法 判 別 輸 出 的 相 位 和

17、位 移 的 方 向 。 如 果 在 輸 出 電 壓 送 到 指 示 儀 前 ， 經(jīng) 過(guò) 一 個(gè) 能 判 別 相 位 的 檢波 電 路 ， 則 不 但 可 以 反 映 位 移 的 大 小 （ 幅 值 ） ， 還 可 以 反 映 位 移 的 方 向 （ 相 位 ） 。 這 種 檢 波 電 路 稱(chēng) 為 相 敏 檢 波 電 路 。4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 11 12122212 )( LjR uMMjeeu 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 差 動(dòng) 相 敏 檢 波 電 路3 常 用 測(cè) 量 電 路 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 圖 3-7 相 敏 檢 波 輸 出 特 性 曲 線(xiàn)a） 非 相 敏 檢 波 b）

18、 相 敏 檢 波1理 想 特 性 曲 線(xiàn) 2實(shí) 際 特 性 曲 線(xiàn) 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 差 動(dòng) 相 敏 檢 波 電 路 相 敏 檢 波 電 路 要 求 比 較 電 壓 與 差 動(dòng) 變 壓 器 二 次 側(cè) 輸 出 電壓 的 頻 率 相 同 ， 相 位 相 同 或 相 反 。 另 外 還 要 求 比 較 電 壓 的 幅值 盡 可 能 大 ， 一 般 情 況 下 ， 其 幅 值 應(yīng) 為 信 號(hào) 電 壓 的 35倍 。3 常 用 測(cè) 量 電 路 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室差 動(dòng) 整 流 電 路 電 路 是 以 兩 個(gè) 橋路 整 流 后 的 直 流 電 壓之 差 作

19、為 輸 出 的 ， 所以 稱(chēng) 為 差 動(dòng) 整 流 電 路 。它 不 但 可 以 反 映 位 移的 大 小 （ 電 壓 的 幅 值 ） ， 還 可 以 反 映 位移 的 方 向 。 3 常 用 測(cè) 量 電 路 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室差 動(dòng) 整 流 電 路 圖 中 的 RP是 用 來(lái) 微 調(diào)電 路 平 衡 的 ， VD1VD4、VD5VD8組 成 普 通 橋 式 整流 電 路 ， 3、 4、 3、 4組 成 低 通 濾 波 電 路 ， 1及 21、 22、 f、 23組成 差 動(dòng) 減 法 放 大 器 ， 用 于克 服 a、 b兩 點(diǎn) 的 對(duì) 地 共 模電 壓 。 3

20、 常 用 測(cè) 量 電 路 4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 軸 向 式 電 感 測(cè) 微 器 的 外 形 :航 空 插 頭 紅 寶 石 測(cè) 頭4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用 其 他 電 感 測(cè) 微 頭 :4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 模 擬 式 及 數(shù) 字 式 電 感 測(cè) 微 儀 :4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 1引 線(xiàn) 電 纜 2固 定 磁 筒 3銜 鐵 4線(xiàn) 圈 5測(cè) 力 彈 簧 6防 轉(zhuǎn) 銷(xiāo) 7鋼 球 導(dǎo) 軌 （ 直 線(xiàn) 軸 承 ） 8測(cè) 桿 9密 封 套 10測(cè) 端 11被 測(cè) 工 件 12基 準(zhǔn) 面 軸 向 式 電 感 測(cè) 微

21、 器 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) :4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 (11.11) 電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 圖 3-14 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 1氣 缸 2活 塞 3推 桿 4被 測(cè) 滾 柱 5落 料 管 6電 感 測(cè)微 器 7鎢 鋼 測(cè) 頭 8限 位 擋 板 9電 磁 翻 板 10容 器 （ 料 斗 ） 4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 測(cè) 微 儀圓 柱 滾 子4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器

22、電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 （ 外 形 ） 滑 道分 選 倉(cāng) 位軸 承 滾 子 外 形（ 參 考 中 原 量 儀 股 份 有 限 公 司 資 料 ）4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 外 形 落 料 振 動(dòng) 臺(tái)滑 道11個(gè) 分 選 倉(cāng) 位（ 參 考 無(wú) 錫 市 通 達(dá) 滾子 有 限 公 司 資 料 ）廢 料 倉(cāng)4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 外 形汽 缸控 制 鍵 盤(pán) 直 徑 測(cè) 微 裝 置長(zhǎng) 度 測(cè) 微

23、 裝 置 滑 道電 感 式 滾 柱 直 徑 分 選 裝 置 （ 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 放 大 ）4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 機(jī) 械 及 氣 動(dòng) 元 件電 感 測(cè) 微 器汽 缸 氣 水 分 離 器（ 供 氣 三 聯(lián) 件 ） 儲(chǔ) 氣 罐導(dǎo) 氣 管 氣 壓 表（ 0.4MPa左 右 ）4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 傳 感 器 在 仿 形 機(jī) 床 中 的 應(yīng) 用 n 1標(biāo) 準(zhǔn) 靠 模 樣 板 n 2測(cè) 端 （ 靠 模 輪 ） n 3電 感 測(cè) 微 器 n 4銑 刀 龍 門(mén) 框 架 n 5立 柱 n 6伺

24、 服 電 動(dòng) 機(jī) n 7銑 刀 n 8毛 坯 4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 傳 感 器 在 仿 形 機(jī) 床 中 的 應(yīng) 用 仿 形 銑 床 外 形 仿 形 機(jī) 床 采 用 閉 環(huán) 工作 方 式 仿 形 頭 主軸4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 傳 感 器 在 仿 形 機(jī) 床 中 的 應(yīng) 用 仿 形 車(chē) 床 原 理4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 式 不 圓 度 計(jì) 原 理 該 圓 度 計(jì) 采 用 旁 向 式 電 感 測(cè) 微 頭4 差 動(dòng)

25、 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 式 不 圓 度 計(jì) 原 理 電 感 式 不 圓 度 測(cè) 試 系 統(tǒng) 旁 向 式 電 感 測(cè) 微 頭4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 電 感 式 不 圓 度 計(jì) 原 理 電 感 式 不 圓 度 測(cè) 量 系 統(tǒng) 外 形（ 參 考 洛 陽(yáng) 匯 智 測(cè) 控 技 術(shù) 有 限 公 司 資 料 ）旋 轉(zhuǎn) 盤(pán)測(cè) 量 頭4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 不 圓 度 測(cè) 量 打 印 電 感 式 不 圓 度 計(jì) 原 理 4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感

26、 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 壓 力 測(cè) 量 1壓 力 輸 入 接 頭 2波 紋 膜 盒 3電 纜 4印 制 線(xiàn) 路 板 5差 動(dòng) 線(xiàn) 圈 6銜 鐵 7電 源 變 壓 器 8罩 殼 9指 示 燈 10密 封 隔 板 11安 裝 底 座4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 壓 力 測(cè) 量 壓 力 測(cè) 量 用 的 膜 盒 膜 盒 由 兩 片 波 紋 膜 片 焊 接 而 成 。 所 謂 波 紋 膜 片 是 一種 壓 有 同 心 波 紋 的 圓 形 薄 膜 。 當(dāng) 膜 片 四 周 固 定 ， 兩 側(cè)面 存 在 壓 差 時(shí) ， 膜 片 將 彎 向 壓

27、 力 低 的 一 側(cè) ， 因 此 能 夠?qū)?壓 力 變 換 為 直 線(xiàn) 位 移 。4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 某 一 壓 力 變 送 器 的 測(cè) 量 電 路 壓 力 測(cè) 量 4 差 動(dòng) 變 壓 器 式 傳 感 器 的 應(yīng) 用4.2 差 動(dòng) 變 壓 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 它 能 實(shí) 現(xiàn) 非 接 觸 測(cè) 量 ， 如 位 移 、 振 動(dòng) 、 厚 度 、 轉(zhuǎn) 速 、應(yīng) 力 、 硬 度 等 參 數(shù) 。 這 種 傳 感 器 還 可 用 于 無(wú) 損 探 傷 。 原理 如 下 圖 示 。 這 是 一 種 建 立 在 渦 流

28、 效 應(yīng) 原 理 上 的 傳 感 器 。4.3 電 渦 流 式 傳 感 器 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 如 下 圖 ， 當(dāng) 通 過(guò) 金 屬 體 的 磁 通 變 化 時(shí) ， 就 會(huì) 在 導(dǎo) 體 中 產(chǎn)生 感 生 電 流 ， 這 種 電 流 在 導(dǎo) 體 中 是 自 行 閉 合 的 ， 這 就 是 所謂 電 渦 流 。 電 渦 流 的 產(chǎn) 生 必 然 要 消 耗 一 部 分 能 量 ， 從 而 使產(chǎn) 生 磁 場(chǎng) 的 線(xiàn) 圈 阻 抗 發(fā) 生 變 化 ， 這 一 物 理 現(xiàn) 象 稱(chēng) 為 渦 流 效應(yīng) 。 線(xiàn) 圈 的 阻 抗 變 化 與 導(dǎo)體 的 電 導(dǎo) 率 、 磁 導(dǎo) 率 、幾 何 形 狀 ， 線(xiàn) 圈

29、的 幾 何參 數(shù) ， 激 勵(lì) 電 流 頻 率 以及 線(xiàn) 圈 到 被 測(cè) 導(dǎo) 體 間 的距 離 等 因 素 有 關(guān) 。4.3.1 結(jié) 構(gòu) 原 理 與 特 性 )( 、 rIxf LjRZ 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 MR 1 R 2L 2L 1U 1 I 1 I 2 當(dāng) 電 渦 流 線(xiàn) 圈 與 金 屬板 的 距 離 x 減 小 時(shí) ， 電 渦流 線(xiàn) 圈 的 等 效 電 感 L減 小 ，等 效 電 阻 R 增 大 。 感 抗XL 的 變 化 比 R的 變 化 大得 多 ， 流 過(guò) 電 渦 流 線(xiàn) 圈的 電 流 i1 增 大 。 uMijiLjiR 21111 022221 iLjiRMij )(

30、)()( )( 2222 2212222 221 LR MLLjLR MRRZ 4.3.1 結(jié) 構(gòu) 原 理 與 特 性 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 MR 1 R 2L 2L 1U 1 I 1 I 2 線(xiàn) 圈 與 金 屬 導(dǎo) 體 系 統(tǒng) 的 阻 抗 、 電 感 都 是 該 系 統(tǒng) 互 感 平 方的 函 數(shù) 。 而 互 感 是 隨 線(xiàn) 圈 與 金 屬 導(dǎo) 體 間 距 離 的 變 化 而 改 變 的 。 當(dāng) 電 渦 流 線(xiàn) 圈 與 金 屬 板的 距 離 x 減 小 時(shí) ， 電 渦 流 線(xiàn)圈 的 等 效 電 感 L減 小 ， 等 效電 阻 R 增 大 。 感 抗 XL 的 變 化比 R的 變 化 大

31、得 多 ， 流 過(guò) 電渦 流 線(xiàn) 圈 的 電 流 i1 增 大 。 )( )()( )( 2222 2212222 221 LR MLLjLR MRRZ 4.3.1 結(jié) 構(gòu) 原 理 與 特 性 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 高 頻 反 射 式 電 渦 流 傳 傳 感 器 1、 結(jié) 構(gòu) ： 由 一 個(gè) 固 定 在 框 架 上 的 扁 平 線(xiàn) 圈 組 成 。4.3.1 結(jié) 構(gòu) 原 理 與 特 性 (10.15) 集 膚 效 應(yīng) 與 激 勵(lì)源 頻 率 f、 工 件 的 電 導(dǎo)率 、 磁 導(dǎo) 率 等 有關(guān) 。 頻 率 f越 高 ， 電 渦流 的 滲 透 的 深 度 就 越淺 ， 集 膚 效 應(yīng) 越 嚴(yán)

32、重 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室1. 結(jié) 構(gòu) 傳 感 器 包 括 發(fā) 射 和 接 收 線(xiàn) 圈 ， 并 分 別 位 于 被 測(cè) 材 料 上 、下 方 。 低 頻 透 射 式 電 渦 流 傳 感 器 這 種 傳 感 器 采 用 低 頻 激 勵(lì) ， 因 而 有 較 大 的 貫 穿 深 度 ，適 合 于 測(cè) 量 金 屬 材 料 的 厚 度 。2. 原 理 由 振 蕩 器 產(chǎn) 生 的 e 1加 到 發(fā) 射線(xiàn) 圈 L1兩 端 。 若 兩 線(xiàn) 圈 間 無(wú) 金 屬導(dǎo) 體 ， 則 L2的 磁 力 能 較 多 穿 過(guò) L2，在 L2上 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 壓 e2最 大 。 4.3.1 結(jié) 構(gòu) 原 理 與

33、特 性 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 如 果 在 兩 個(gè) 線(xiàn) 圈 之 間 設(shè) 置 一 金屬 板 ， 由 于 在 金 屬 板 內(nèi) 產(chǎn) 生 電 渦 流 ，該 電 渦 流 消 耗 了 部 分 能 量 ， 使 到 達(dá)線(xiàn) 圈 L 2的 磁 力 線(xiàn) 減 小 ， 從 而 引 起 e2的 下 降 。 線(xiàn) 圈 L2的 感 應(yīng) 電 壓 與 被 測(cè) 厚 度 的 增 大 按 負(fù) 冪 指 數(shù) 的 規(guī) 律 減 小 ， 為 了 較 好 地 進(jìn) 行 厚 度 測(cè) 量 ， 激 勵(lì) 頻 率 應(yīng) 選 得 較 低 。 頻 率 太 高 ， 貫穿 深 度 小 于 被 測(cè) 厚 度 ， 不 利 進(jìn) 行 厚 度 測(cè) 量 ， 通 常 選 1kH z

34、左 右 。 低 頻 透 射 式 電 渦 流 傳 感 器4.3.1 結(jié) 構(gòu) 原 理 與 特 性 2. 原 理 (續(xù) ) 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.3.2 測(cè) 量 電 路 4.3.2.1 電 橋 電 路 在 進(jìn) 行 測(cè) 量 時(shí) ， 由 于 傳 感 器 線(xiàn) 圈 的 阻 抗 發(fā) 生 變 化 ， 使 電橋 失 去 平 衡 ， 將 電 橋 不 平 衡 造 成 的 輸 出 信 號(hào) 進(jìn) 行 放 大 并 檢 波 ，就 可 得 到 與 被 測(cè) 量 成 正 比 的 輸 出 。4.3.2.2 諧 振 法 。 諧 振 法 主 要 有 調(diào) 幅 式 電 路 和 調(diào) 頻 式 電 路 兩 種 基 本 形 式 。調(diào) 幅 式

35、由 于 采 用 了 石 英 晶 體 振 蕩 器 ， 因 此 穩(wěn) 定 性 較 高 ， 而 調(diào)頻 式 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 便 于 遙 測(cè) 和 數(shù) 字 顯 示 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室4.3.2 測(cè) 量 電 路 4.3.2.2 諧 振 法 (續(xù) ) 調(diào) 幅 (AM)式 電 路 石 英 振 蕩 器 產(chǎn) 生 穩(wěn) 頻 、 穩(wěn) 幅 高 頻 振 蕩 電 壓 (100kHz1MHz） 用于 激 勵(lì) 電 渦 流 線(xiàn) 圈 。 金 屬 材 料 在 高 頻 磁 場(chǎng) 中 產(chǎn) 生 電 渦 流 ， 引 起 電渦 流 線(xiàn) 圈 端 電 壓 的 衰 減 ， 再 經(jīng) 高 放 、 檢 波 、 低 放 電 路 ， 最 終 輸 出

36、的 直 流 電 壓 Uo反 映 了 金 屬 體 對(duì) 電 渦 流 線(xiàn) 圈 的 影 響 （ 例 如 兩 者 之 間的 距 離 等 參 數(shù) ） 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 用 電 渦 流 探 頭 、 調(diào)幅 法 測(cè) 量 簡(jiǎn) 諧 振 動(dòng) 時(shí) ，探 頭 的 輸 出 波 形 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 人 的 手 、 泥土 或 裝 滿(mǎn) 水 的 玻璃 杯 能 對(duì) 振 蕩 器的 振 幅 產(chǎn) 生 明 顯的 衰 減 嗎 ？ 為 什 么 ？部 分 常 用 材 料 對(duì) 振 蕩 器 振 幅 的 衰 減 系 數(shù)4.3.2 測(cè) 量 電 路 4.3.2.2 諧 振 法 (續(xù) ) 調(diào) 幅 (AM)式 電 路 湖北汽車(chē)工業(yè)

37、學(xué)院自控教研室4.3.2 測(cè) 量 電 路 4.3.2.2 諧 振 法 (續(xù) ) 調(diào) 頻 （ FM） 式 電 路 (100kHz1MHz） 當(dāng) 電 渦 流 線(xiàn) 圈 與 被 測(cè) 體 的 距 離 x 改 變 時(shí) ， 電 渦 流 線(xiàn) 圈 的 電 感 量L 也 隨 之 改 變 ， 引 起 LC 振 蕩 器 的 輸 出 頻 率 變 化 ， 此 頻 率 可 直 接 用 計(jì) 算 機(jī) 測(cè) 量 。 如 果 要 用 模 擬 儀 表 進(jìn) 行 顯 示 或 記 錄 時(shí) ， 必 須 使 用 鑒 頻器 ， 將 f轉(zhuǎn) 換 為 電 壓 Uo 。 02 1LCf 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室振 幅 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 可 用

38、 于 測(cè) 量 壓 力 、 力 、 壓 差 、 加 速 度 、 振 動(dòng) 、 應(yīng) 變 、 流 量 、厚 度 、 液 位 等 物 理 量 。 4.4.1 位 移 測(cè) 量 4.4 電 感 式 傳 感 器 的 典 型 應(yīng) 用 電 渦 流 位 移 傳 感 器 是 一 種 輸 出 為 模 擬 電 壓 的 電 子 器 件 。 接通 電 源 后 ， 在 電 渦 流 探 頭 的 有 效 面 （ 感 應(yīng) 工 作 面 ） 將 產(chǎn) 生 一 個(gè)交 變 磁 場(chǎng) 。 當(dāng) 金 屬 物 體 接 近 此 感 應(yīng) 面 時(shí) ， 金 屬 表 面 將 吸 取 電 渦流 探 頭 中 的 高 頻 振 蕩 能 量 ， 使 振 蕩 器 的 輸 出

39、 幅 度 線(xiàn) 性 地 衰 減 ，根 據(jù) 衰 減 量 的 變 化 ， 可 地 計(jì) 算 出 與 被 檢 物 體 的 距 離 、 振 動(dòng) 等 參數(shù) 。 這 種 位 移 傳 感 器 屬 于 非 接 觸 測(cè) 量 ， 工 作 時(shí) 不 受 灰 塵 等 非 金 屬 因 素 的 影 響 ， 壽 命 較 長(zhǎng) ， 可 在 各 種 惡 劣 條 件 下 使 用 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室 可 用 于 測(cè) 量 壓 力 、 力 、 壓 差 、 加 速 度 、 振 動(dòng) 、 應(yīng) 變 、 流 量 、厚 度 、 液 位 等 物 理 量 。 4.4.1 位 移 測(cè) 量 4.4 電 感 式 傳 感 器 的 典 型 應(yīng) 用 位 移

40、測(cè) 量 儀位 移 測(cè) 量 包 含 ： 偏 心 、 間 隙 、 位 置 、傾 斜 、 彎 曲 、 變 形 、 移動(dòng) 、 圓 度 、 沖 擊 、 偏 心率 、 沖 程 、 寬 度 等 等 。來(lái) 自 不 同 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 的 許 多 量 都 可 歸 結(jié) 為 位 移 或間 隙 變 化 。 420mA電 渦 流 位 移 傳 感 器 外 形（ 參 考 德 國(guó) 圖 爾 克 公 司 資 料 ） 齊 平 式 電 渦 流 位 移 傳 感 器 外 形 （ 參 考 德 國(guó) 圖 爾 克 公 司 資 料 ） 齊 平 式 傳 感 器 安 裝 時(shí) 可 以 不 高 出 安 裝 面 ， 不 易 被 損 害 。 V系 列 電 渦

41、 流 位 移 傳 感 器 外 形 （ 參 考 浙 江 洞 頭 開(kāi) 關(guān) 廠 資 料 ）齊 平 式 V系 列 電 渦 流 位 移 傳 感 器 性 能 一 覽 表（ 摘 自 洞 頭 開(kāi) 關(guān) 廠 資 料 ） 某 V系 列 電 渦 流 位 移 傳 感 器 的 機(jī) 械 圖 四 線(xiàn) 制 電 渦 流 位 移 傳 感 器 的 接 線(xiàn) 說(shuō) 明 該 位 移 傳 感 器 同 時(shí) 具 備 兩 種 動(dòng) 作 輸 出 狀 態(tài) ， 用戶(hù) 可 選 擇 從 高 電 壓 向 低 電 壓 轉(zhuǎn) 變 、 和 從 低 電 壓 向 高電 壓 轉(zhuǎn) 變 兩 種 方 式 ， 分 別 稱(chēng) 為 NPN和 PNP輸 出 模 式 。 電 渦 流 位 移 傳

42、 感 器 的 應(yīng) 用 電 渦 流 探 頭 線(xiàn) 圈 的 阻 抗 受 諸 多 因 素 影 響 ， 例 如 金屬 材 料 的 厚 度 、 尺 寸 、 形 狀 、 電 導(dǎo) 率 、 磁 導(dǎo) 率 、 表 面因 素 、 距 離 等 。 只 要 固 定 其 他 因 素 就 可 以 用 電 渦 流 傳感 器 來(lái) 測(cè) 量 剩 下 的 一 個(gè) 因 素 。 因 此 電 渦 流 傳 感 器 的 應(yīng)用 領(lǐng) 域 十 分 廣 泛 。 但 也 同 時(shí) 帶 來(lái) 許 多 不 確 定 因 素 ， 一個(gè) 或 幾 個(gè) 因 素 的 微 小 變 化 就 足 以 影 響 測(cè) 量 結(jié) 果 。 所 以電 渦 流 傳 感 器 多 用 于 定 性 測(cè)

43、 量 。 即 使 要 用 作 定 量 測(cè)量 ， 也 必 須 采 用 逐 點(diǎn) 標(biāo) 定 、 計(jì) 算 機(jī) 線(xiàn) 性 糾 正 、 溫 度 補(bǔ)補(bǔ) 償 等 措 施 。 位 移 傳 感 器 的 分 類(lèi) 偏 心 和 振 動(dòng) 檢 測(cè) 通 過(guò) 測(cè) 量 間 隙 來(lái) 測(cè) 量 徑 向 跳 動(dòng) 測(cè) 量 彎 曲 、 波 動(dòng) 、 變 形 對(duì) 橋 梁 、 絲 桿 等 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 振 動(dòng) 測(cè) 量 ，須 使 用 多 個(gè) 傳 感 器 。 測(cè) 量 金 屬 薄 膜 、 板 材 厚 度 電 渦 流 測(cè) 厚 儀 測(cè) 量 冷 軋 板 厚 度 測(cè) 量 尺 寸 、 公 差 及 零 件 識(shí) 別 通 過(guò) 測(cè) 量 間 隙 來(lái) 測(cè) 定 熱 膨 脹引

44、 起 的 上 下 平 移 位 移 的 標(biāo) 定 方 法 使 用 千 分 尺 ， 逐 一 對(duì) 照 測(cè) 量 電 路 的 輸 出 電 壓及 數(shù) 顯 表 讀 數(shù) ， 列 出 對(duì) 照 表 ， 存 入 計(jì) 算 機(jī) ， 從 而達(dá) 到 線(xiàn) 性 化 的 目 的 。 電 渦 流 位 移 傳 感 器 的 距 離與 輸 出 電 壓 特 性 曲 線(xiàn)1量 程 為 10mm 2量 程 為 16mm 3量 程 為 20mm 振 動(dòng) 測(cè) 量 汽 輪 機(jī) 葉 片 測(cè) 試 測(cè) 量 懸 臂 梁 的振 幅 及 頻 率 三 、 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量 若 轉(zhuǎn) 軸 上 開(kāi) z 個(gè) 槽 (或 齒 )， 頻 率 計(jì) 的 讀 數(shù) 為 f（ 單 位 為 H

45、 z） ， 則 轉(zhuǎn) 軸 的 轉(zhuǎn) 速 n（ 單 位 為 r/min） 的計(jì) 算 公 式 為 60 fn z 各 種 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 速 的 傳 感 器 及 其 與 齒 輪 的 相 對(duì) 位 置 齒 輪 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量 例 ： 下 圖 中 ， 設(shè) 齒 數(shù) z =48， 測(cè) 得 頻 率 f=120H z， 求 該 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 速 n 。 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 測(cè) 量 四 、 鍍 層 厚 度 測(cè) 量 由 于 存 在 集 膚 效 應(yīng) ， 鍍 層 或 箔 層 越 薄 ， 電 渦 流 越小 。 測(cè) 量 前 ， 可 先 用 電 渦 流 測(cè) 厚 儀 對(duì) 標(biāo) 準(zhǔn) 厚 度 的 鍍 層和 銅 箔 作 出 “ 厚 度 -輸

46、 出 ” 電 壓 的 標(biāo) 定 曲 線(xiàn) ， 以 便 測(cè)量 時(shí) 對(duì) 照 。 電 渦 流 涂 層 厚 度 儀 電 渦 流 涂 層厚 度 儀 原 理 測(cè) 量 金 屬 鍍 層 或 絕 緣 層 厚 度 測(cè) 量 金屬 鍍 層 或 絕緣 層 厚 度 的計(jì) 算 方 法 有何 區(qū) 別 ？ 五 、 電 渦 流 式 通 道 安 全 檢 查 門(mén) 安 檢 門(mén) 的 內(nèi) 部 設(shè) 置 有 發(fā) 射 線(xiàn)圈 和 接 收 線(xiàn) 圈 。 當(dāng) 有 金 屬 物 體 通過(guò) 時(shí) ， 交 變 磁 場(chǎng) 就 會(huì) 在 該 金 屬 導(dǎo)體 表 面 產(chǎn) 生 電 渦 流 ， 會(huì) 在 接 收 線(xiàn)圈 中 感 應(yīng) 出 電 壓 ， 計(jì) 算 機(jī) 根 據(jù) 感應(yīng) 電 壓 的

47、大 小 、 相 位 來(lái) 判 定 金 屬物 體 的 大 小 。 在 安 檢 門(mén) 的 側(cè) 面 還安 裝 一 臺(tái) “ 軟 x光 ” 掃 描 儀 ， 它 對(duì)人 體 、 膠 卷 無(wú) 害 ， 用 軟 件 處 理 的方 法 ， 可 合 成 完 整 的 光 學(xué) 圖 像 。 安 檢 門(mén) 演 示 當(dāng) 有 金 屬 物 體 穿越 安 檢 門(mén) 時(shí) 報(bào) 警 六 、 電 渦 流 表 面 探 傷 手 持 式 裂 紋 測(cè) 量 儀 油 管 探 傷 滾 子 渦 流 探 傷 機(jī) 滾 子 渦 流 探 傷 機(jī) 是 由計(jì) 算 機(jī) 控 制 的 軸 承 滾 子 表面 微 裂 紋 探 傷 的 專(zhuān) 用 設(shè) 備 ，可 探 出 深 30m的 表 面

48、微小 裂 紋 。（ 參 考 無(wú) 錫 市 通 達(dá) 滾 子有 限 公 司 資 料 ） 手 提 式 探 傷 儀 外 形（ 參 考 廈 門(mén) 愛(ài) 德 華 檢 測(cè) 設(shè) 備 有 限 公 司 資 料 ） 掌 上 型電 渦 流探 傷 儀 用 掌 上 型 電 渦 流 探 傷 儀 檢 測(cè) 飛 機(jī) 裂 紋 臺(tái) 式 電 渦 流 探 傷 儀 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室結(jié) 束 語(yǔ) 本 章 主 要 學(xué) 習(xí) 了 電 感 傳 器 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 及其 工 業(yè) 應(yīng) 用 ， 同 學(xué) 們 要 注 意 區(qū) 分 自 感 式 、 差動(dòng) 式 和 渦 流 式 的 區(qū) 別 ， 學(xué) 會(huì) 合 理 選 用 這 些 傳感 器 。 湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院自控教研室思 考 題 1. 影 響 差 動(dòng) 變 壓 器 輸 出 線(xiàn) 性 度 和 靈 敏 度 的 主 要 因 素 是 什么 ？2. 電 渦 流 式 傳 感 器 的 靈 敏 度 主 要 受 哪 些 因 素 影 響 ？ 它 的主 要 優(yōu) 點(diǎn) 是 什 么 ？3. 試 說(shuō) 明 圖 7.14所 示 的 開(kāi) 關(guān) 式 全 波 相 敏 檢 波 電 路 的 工 作原 理 。 （ 課 本 P124）