自动检测技术及应用 教学课件 作者 梁森_ 3-1检测教案，第三章.doc

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1、自动检测技术课程授课教案第三章电感传感器课题：电感传感器的原理及应用课时安排：3课次编号：5~6教材分析难点：二线制仪表的原理、应用重点：电流输出型仪表的计算教学目的和要求1、了解电感传感器的工作原理；2、掌握电流输出型仪表的概念；3、掌握电流/电压转换电路及计算；4、了解气动元件的控制。采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析教具：各种电感传感器各教学环节和内容先播放PPT，演示铁心的电感量与气隙的关系。当一个线圈中的铁心的间隙变小时，同学们可以看到流过线圈的电流减小，电流表的指针左摆；反之电流表读数增大。然后分析为什么电流会变小。先给学生复习电工学的电流与感抗的关系（欧姆定律）

2、，再引入电感与铁心的哪些参数有关，气隙在公式中对电感变化的作用。接着分析气隙在电感量的公式中，是否是线性关系？是什么曲线？复习数学中的双曲线。接着分析双曲线的特点：①输入/输出的读数不成正比；②可以用什么方法让读数线性化？（单片机查表）③分析哪一段灵敏度高？④传感器的初始气隙应落在哪一段为好？气隙大一些还是小一些，灵敏度高？⑤如果为了提高灵敏度，将气隙调小，又会带来什么问题？传感器的测量行程变大还是变小？对测量范围有何变化？接着分析铁心线圈的缺点，例如：热胀冷缩的电感量的影响？激励电流对衔铁的吸力？激励源是交流还是直流？为什么衔铁会产生振动？振动会带来哪些测量误差？如何改型？复习电子学

3、中的“差动放大电路”，引入螺线管线圈和差动电感的概念。根据差动的概念分析克服温漂和改进非线性误差的原理。然后配合PPT和电感测微仪的实物，介绍电感传感器的工业应用。简明扼要地解释清楚了一个原本比较复杂的数学和电工原理。演示：利用PPT，演示以下实验：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。图3-1线圈铁心的气隙与电感量及电流的关系实验1—固定铁心2—气

4、隙3—线圈4—衔铁5—弹簧6—磁力线7—绝缘外壳13自动检测技术课程授课教案复习电工知识：忽略线圈的直流电阻时，流过线圈的交流电流为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。我们可以利用本例中自感量随气隙而改变的原理来制作测量位移的自感式传感器。自感传感器常见的形式有变隙式、变面积式和螺线管式等三种，原理示意图分别如图3-1a、b、c所示，螺线管式自感传感器外形如图3-1d所示。提问：根据公式（3-1），对于变隙式电感传感器，电感L与气隙厚度δ成______比，画出变隙式电感传感器的δ-L特性曲线

5、。输入输出是______（线性/非线性）关系。δ小，灵敏度就______。为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器只能用于______位移的测量。图3-2电感传感器的输出特性a）变隙式电感传感器的d-L特性曲线b）变面积式电感传感器的A-L特性曲线1－实际输出特性2－理想输出特性二、变截面式电感传感器分析式（3-1），理论上电感量L与气隙截面积A是______（线性/非线性）关系。，灵敏度为______。三、螺线管式电感传感器单线圈螺线管式电感传感器，当衔铁工作在螺线管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的，此时线圈电感量L与衔铁插入深度l大致成正比。特点与应用范围：结构简单，制作容易

6、，但灵敏度稍低，适用于测量稍大一点的位移。四、差动电感传感器上述三种电感传感器的缺点：13自动检测技术课程授课教案由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动及附加误差，而且非线性误差较大；另外，外界的干扰如电源电压频率的变化，温度的变化都使输出产生误差。采用差动电感传感器的好处：在实际工作中常采用差动形式，既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。提问：单线圈电感传感器与差动式电感传感器的特性比较如图3-4所示。从图3-4可以看出，差动式电感传感器的线性较______，灵敏度较______。图3-4单线圈电感传感器与差动式电感传感器的特性比较1－上线圈特性2－

7、下线圈特性3－L1、L2差接后的特性五、测量转换电路1．差动电感的变压器电桥转换电路差动电感的变压器电桥转换电路如图3-5所示。相邻两工作臂Z1、Z2是差动电感传感器的两个线圈阻抗。另两臂为激励变压器的二次绕组。输入电压约为10V左右，频率约为数千赫，输出电压取自A、B两点。当衔铁处于中间位置时：桥路平衡，输出电压=0。当衔铁下移时：下线圈感抗增加，而上线圈感抗减小时。输出电压绝对值增大，其相位与激励源同相。图3-5差动电感的变压器电桥转换电路