电感式传感器1

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1、机电一体化技术第九讲电感式传感器基本概念自感传感器差动变送器电涡流传感器机电一体化技术检测与传感器电感传感器基本概念定义电感式传感器是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈的自感或互感系数的改变来实现非电量电测的一种装置。电感传感器转换电路位移电感L电压力、应变、流量自感式传感器差动变压器电涡流传感器电桥电路相敏检波与整流谐振电路机电一体化技术检测与传感器电感传感器电感与磁场的关系电能------磁场机电一体化技术检测与传感器电感式传感器一、自感传感器本次学习任务将制作一个电感式微位移测量仪。位移是机械量中最重要的参数之一，可用于位移测量的传感器

2、的种类也很多，电感式传感器因其具有结构简单可靠、输出功率大、抗干扰好、对环境要求不高、价格低廉等特点在位移测量方面获得了非常广泛的应用。图3-8便携式表面粗糙度测量仪机电一体化技术检测与传感器自感传感器1.工作原理自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。自感式电感传感器结构示意图a)变气隙式b)变截面式c)螺线管式1-线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-导轨6-工件机电一体化技术检测与传感器自感传感器铁心、线圈、衔铁机电一体化技术检测与传感器自感传感器变气隙型位移传感器：面积和长度不变，改变气隙长度；变面积型位移传感器：长度和气隙不变，改变面积

3、；螺管型电感位移传感器：线圈中放入圆柱形衔铁。工件直径不同测杆上下移动电感变化机电一体化技术检测与传感器自感传感器2.差动自感传感器差动电感传感器是将有公共衔铁的两个完全相同的自感传感器结合在一起。因此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。机电一体化技术检测与传感器自感传感器3.如何将电感的变化量转变成电压信号采用交流电桥电路，可以将电感的变化量转变成电压的变化量。铁芯或衔铁处于中间位置时,由于线圈完全对称，两线圈的阻抗相等,，电桥处于平衡状态，输出电压。当

4、测杆上升时，上线圈阻抗增加,即Z1=Z+ΔZ；下线圈阻抗减少,即Z2=Z-ΔZ,则当测杆下降时,上述变化相反当衔铁向不同方向移动相同位移时，输出电压的大小相等，方向相反，即相位差180，可以反映出衔铁移动的方向。机电一体化技术检测与传感器自感传感器4.如何判断位移方向普通仪表不能判断位移方向问题提出解决办法采用相敏检波电路可以判断位移的方向。“检波”与“整流”的含义相似，都指能将交流输入转换成直流输出的电路。检波多用于描述信号电压的转换。其输出的直流电压的大小与被测位移的关系当衔铁向下位移时，检流计的仪表指针正向偏转，当衔铁向上位移时，检流计

5、的仪表指针反向偏转。自感传感器机电一体化技术检测与传感器5.电感测微仪测量微小位移，可以发现机械零部件的微小变化（表面粗糙度变化、尺寸偏差、外行轮廓变化），了解机械运作的正常状况，防止机械故障的产生；测量微小位移，可以知道桥梁、水坝等建筑物的变形，从而采取有效的措施，防止重大事故的发生。电感测微仪原理组成框图机电一体化技术检测与传感器互感传感器差动变压器也称为互感式传感器。它是一种线圈互感随衔铁位移变化的电感式传感器，其原理类似于变压器。二、差动变压器螺线管式差动变压器（a）螺线管式差动变压器结构图（b）差动变压器原理图1-初级线圈2-次级线

6、圈3-衔铁4-测杆互感传感器机电一体化技术检测与传感器当活动衔铁处于初始平衡位置时差动变压器输出电压为零。活动衔铁向上移动时活动衔铁向下移动时输出电压与激磁源电压同相。输出电压与激磁源电压反相。可见，输出电压的相位反映了衔铁的运动方向，输出电压的大小反映了衔铁的位移大小。但是采用普通交流电压表不能反映出衔铁位移的方向。工作原理机电一体化技术检测与传感器互感传感器主要特性理想的差动变压器输出电压应与衔铁位移成线形关系，实际上衔铁和线圈的尺寸对线性有直接影响。差动变压器中间部分磁场较强且均匀分布，所以中间部分线性较好，其线性范围约为线圈骨架长度的

7、1/10左右。线性范围灵敏度差动变压器的灵敏度一般可达到0.5～5V/mm，行程越小，灵敏度越高。零点残余电压实际上,当衔铁位于中心位置时,差动变压器输出电压并不等于零,差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，机电一体化技术检测与传感器互感传感器如何判断位移的方向差动变压器输出的是交流电压,它与衔铁位移成正比。若用交流电压表测量,只能反映衔铁位移的大小,而不能反映移动方向。其测量值中将包含零点残余电压也将影响测量效果。问题提出为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电压的目的,实际测量时,常常采用差动整流电路和相敏检波电路进行测量。机电一

8、体化技术检测与传感器互感传感器差动整流电路差动整流电路(a)全波电流输出(b)半波电流输出(c)全波电压输出(d)半波电压输出差动整流电路输出为直流，便于远距离传输