传感器与检测技术 教学课件 作者 张晓娜 胡孟谦 主编传感器与检测技术 4.ppt

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1、任务4.1电感式传感器测位移任务4.2光栅传感器测量位移项目4位移的测量任务4.3光电编码器测位移【知识目标】掌握电感式传感器、光栅和光电编码器的工作原理、使用方法及应用。【能力目标】最常用的位移检测元件的使用方法，了解位移检测系统，解决简单的位移检测问题。任务4.1电感式传感器测位移＊任务导入有的机械零件尺寸需要精确测量，并根据测量误差进行分拣。在装配轴承滚柱时，为保证轴承的质量，一般要先对滚柱的直径进行分选，各滚柱直径的误差在几个微米，因此要进行微位移检测。在自动检测系统中，往往要用到电感式测微传感器进行测量，测量精度较高。电感式位移传感器的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我

2、们本课题的任务目标。[基本知识与技能]电感式传感器的认识电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感（或互感）变化的一种机电转换装置。利用电感式传感器可以把连续变化的线位移或角位移转换成线圈的自感或互感的连续变化，经过一定的转换电路再变成电压或电流信号以供显示。电感式传感器的认识电感式传感器的种类很多，按转换原理的不同，可分为自感式和互感式（差动变压器式）两大类。4.1.1自感式传感器1.电感式传感器工作原理自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。1-线圈2-铁芯（定铁芯）3-衔铁（动铁芯）4.1.1自感式传感器1.电感式传感器工作原理线圈中电感量可由下式确定:—

3、—线圈总磁链；I——通过线圈的电流；w——线圈的匝数；Φ——穿过线圈的磁通。4.1.1自感式传感器1.电感式传感器工作原理自感式电感传感器常见的形式有变隙式、变截面式和螺线管式等三种(a)气隙式(b)变截面式(c)螺线管式4.1.1自感式传感器2.电感式传感器测量电路自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器进行放大，然后用测量仪表显示或记录。交流电桥是其主要测量电路。（1）电阻平衡臂电桥（2）变压器式电桥(a)电阻平衡臂电桥；(b)变压器式电桥；(c)紧耦合电感臂电桥4.1.1自感式传感器2.电感式传感器测量电路自感式传感器的测量电路用来将电感量的

4、变化转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器进行放大，然后用测量仪表显示或记录。交流电桥是其主要测量电路。4.1.1自感式传感器2.电感式传感器测量电路电桥的输出电压为交流电桥的输出电压与传感器电感的相对变化量是成正比。1-活动衔铁；2-导磁外壳；3-骨架；4-匝数为ω1的初级绕组；5-匝数为ω2a的次级绕组；6-匝数为ω2b的次级绕组4.1.2互感式传感器1.差动变压器工作原理螺线管式差动变压器结构如图所示，它由初级线圈，两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。4.1.2互感式传感器1.差动变压器工作原理差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响)，它的等

5、效电路如图所示。4.1.2互感式传感器1.差动变压器工作原理差动变压器的输出特性曲线如图所示图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势，x表示衔铁偏离中心位置的距离。4.1.2互感式传感器2.零点残余电压（1）零点残余电压（2）减小零点残余电压的方法1）尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路Φ对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。2）选用合适的测量电路。3）采用补偿线路减小零点残余电压。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存在，称为零点残余电压。4

6、.1.2互感式传感器3、差动变压器式传感器测量电路（2）相敏检波电路这种电路是差动相敏检波电路的一种形式。相敏检波电路要求要求比较电压的幅值尽可能大，比较电压与差动变压器二次侧输出电压的频率相同，相位相同或相反。4.1.2互感式传感器3、差动变压器式传感器测量电路（1）差动整流电路这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出，图3-11给出了几种典型电路形式。图中（a）、（c）适用于交流负载阻抗，（b）、（d）适用于低负载阻抗，电阻R0用于调整零点残余电压。4.1.3电感式传感器的应用1.压力的测量变隙电感式压力传感器变隙电感式压力传感器的结构图

7、。它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起。当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表指示值就反映了被测压力的大小。＊任务实施：根据测微仪的检测范围及灵敏度要求，结合电感式传感器相关知识，选用差动螺管插铁型电感传感器作为测微仪的检测头，如图所示。测量时探头的顶尖与被测件接触，被测轴承直径的微小变化带动测量杆