传感器与检测技术精品中职凤凰02 教案项目03 电感式传感器的应用.docx

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1、项目三电感式传感器的应用一、教学目标1.了解电感式传感器的分类。2.熟悉电感式传感器的结构。3.掌握各类电感式传感器的工作原理。4.掌握差动变压器测量直线位移的方法。二、课时分配本项目共2个任务，本项目安排4课时。其中理论课时2课时，实践课时2课时。三、教学重点通过本项目的学习，让学生了解电感式传感器的分类，熟悉电感式传感器的结构，掌握各类电感式传感器的工作原理和差动变压器测量直线位移的方法。四、教学难点1.能识别各类差动变压器。2.能根据任务要求，正确安装差动变压器。3.正确完成差动变压器测量直线位移的电路接

2、线。4.正确测量直线位移并且读数正确。五、教学内容任务一差动变压器在位移检测中的应用知识链接一、自感式电感传感器1.工作原理如图所示，闭合磁路式自感传感器一般有铁芯、衔铁和线圈三部分构成。闭合磁路式自感式传感器结构2.自感式电感传感器常见形式自感式电感传感器常见形式有变气隙式、变截面式和螺线管式，如图所示。自感式传感器结构（1）变气隙式电感传感器当被测量变化时，使衔铁产生位移，改变气隙的大小，引起电感线圈的自感量L变化，如下图（a）所示，所以这类传感器被称为变气隙式电感传感器。当线圈的匝数N确定之后，并且气隙截

3、面积A保持不变的情况下，自感量L是气隙厚度δ的函数，即L=f(δ)。自感量L与气隙厚度δ成反比关系，所以这种传感器的输入输出为非线性关系。变气隙式电感传感器的δ越小，灵敏度越高，实际的输出特性只有在很小的一段区域接近线性，故只能用于微小位移的测量。（2）变截面式电感传感器由下图（b）可以看出，变截面式传感器是通过被测物体带动衔铁的转动，使气隙的有效截面积发生变化，导致自感量发生变化，所以只要能测出这种自感量的变化，就能确定衔铁转动的角位移的大小和方向。线圈匝数N和气隙厚度δ为常数时，变截面式电感传感器的电感量L

4、与气隙有效截面积A成正比关系，所以理论上说变截面式电感传感器的输入输出的关系是线性的，但是由于漏感等原因，实际的输出特性曲线的线性区较小，而且当A=0时，L并不为零，还是存在较大的电感，如下图（b）所示。电感式传感器的输出特性1—实际输出特性2—理想输出特性（3）螺线管式电感传感器单线圈螺线管式电感传感器，其主要元件是一个螺线管和一根柱形衔铁。传感器工作时，衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺线管电感的变化。这种传感器结构简单，制作容易，但是灵敏度稍低，且衔铁在螺线管中间部分工作时，才有希望获得较好的线性关系。螺

5、线管电感传感器适用于测量稍大一点的位移（毫米级）。3.差动式电感传感器由于以上三种电感传感器使用时有可能受到外界的电压、温度变化的影响，产生测量误差，所以在实际应用中常采用差动形式，就是两个结构、材料、尺寸、电气参数等完全相同的电感式传感器，共用一根活动衔铁，如图所示。差动式电感传感器结构1—差动线圈2—铁芯3—衔铁4—测杆5—工件以变气隙式差动电感传感器为例，活动衔铁位于中间位置，δ1=δ2=δ0，当活动衔铁偏离中间位置时，两个气隙一个增加，一个减小，差动输出，导致自感的变化量为原来的两倍，故灵敏度比原来提高

6、一倍。从下图可以看出，与单个线圈的电感传感器相比，采用差动形式还可以改善线性度，并且可减轻外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以互相抵消，减小了测量误差。变气隙式差动变压器的输出特性1—上线圈特性2—下线圈特性3—L1、L2差按后的特性4.测量转换电路（1）交流电桥为了提高灵敏度，改善线性度，自感线圈一般接成差动形式，如图（a）所示。Z1、Z2为工作臂，即线圈阻抗，R1、R2为电桥的平衡臂。当衔铁开始偏离中间位置时，Z1≠Z2，电桥输出电压，该电压信号与衔铁的位移成正比。交流电桥如上图（b）所示的

7、是变压器电桥。电桥的两臂是传感器线圈阻抗臂，另外两个臂是交流变压器次级线圈，各占1/2，交流供电。（2）相敏检波电路由于交流电压表不能直接指示电桥输出电压的相位，故不能确定衔铁的位移方向。通常将交流电桥中引入相敏检波电路，将交流输出电压转换成直流电压输出，再使用直流电压表检测输出电压。从下图中可以看到，当衔铁位于中间位置时，输出电压并不为零，而是一个很小的电压值，称为零点残余电压。采用相敏检波电路之后，就可以消除零点残余电压。输出特性曲线1—理想特性曲线2—实际特性曲线二、差动变压器式电感传感器差动变压器式电感

8、传感器的结构形式也有变气隙式、变截面式和螺线管式等多种。差动变压器式传感器结构1—一次绕组2—二次绕组3—衔铁4—顶杆在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。常见的差动变压器如图所示。常见的差动变压器1.工作原理如图所示，当一次线圈加入激励电源后，其二次线圈会产生感应电动势。当衔铁处于中间位