第03章：电感式传感器50页(2)PPT讲稿.ppt

第03章：电感式传感器50页(2)2022/9/161第1页，共50页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 自感式传感器自感式传感器 先看一个实验：先看一个实验：将一只将一只380V交流接触器线圈与交流毫安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表串联后，接到机床用控制变压器的36V交交流电压源上，如图流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的所示。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间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。几毫安。2022/9/162第2页，共50页，编辑于2022年，星期日电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示F F220V准备工作准备工作2022/9/163第3页，共50页，编辑于2022年，星期日电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F2022/9/164第4页，共50页，编辑于2022年，星期日电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理原理 当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，也较大，线圈的电感量线圈的电感量L和感抗和感抗XL 较小，所以电流较小，所以电流I 较大。较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。2022/9/165第5页，共50页，编辑于2022年，星期日自感式电感传感器常见的形式自感式电感传感器常见的形式 变隙式变隙式 变截面式变截面式 螺线管式螺线管式 2022/9/166第6页，共50页，编辑于2022年，星期日电感量计算公式电感量计算公式：请分析电感量请分析电感量L与气隙厚度与气隙厚度 及气隙的有效截及气隙的有效截面积面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。之间的关系，并讨论有关线性度的问题。N：线线圈圈匝匝数数；A：气气隙隙的的有有效效截截面面积积；0：真空磁导率；：真空磁导率；：气隙厚度。气隙厚度。2022/9/167第7页，共50页，编辑于2022年，星期日差动电感传感器的特点差动电感传感器的特点 请分析：灵敏度、请分析：灵敏度、线性度线性度有何变化有何变化曲线曲线1、2为为L1、L2 的特性，的特性，3为差动特性为差动特性 在变隙式差动电感传感器在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形感量一个增加，一个减小，形成差动形式。成差动形式。1-1-差动线圈差动线圈 2-2-铁心铁心 3-3-衔铁衔铁 4-4-测杆测杆 5-5-工件工件 2022/9/168第8页，共50页，编辑于2022年，星期日差动式电感传感器的特性差动式电感传感器的特性 从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。式电感传感器的两倍。从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界从结构图可以看出，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。小了测量误差。2022/9/169第9页，共50页，编辑于2022年，星期日测量转换电路测量转换电路 测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。但若仅但若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的大小（的幅值），还可以反映位移的方向（的相位）小（的幅值），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路。这种检波电路称为相敏检波电路。2022/9/1610第10页，共50页，编辑于2022年，星期日图图3-7 3-7 相敏检波相敏检波输出特性曲线输出特性曲线a）非相敏检波）非相敏检波 b）相敏检波）相敏检波1理想特性曲线理想特性曲线 2实际特性曲线实际特性曲线 2022/9/1611第11页，共50页，编辑于2022年，星期日实测得到的实测得到的 相相敏检波电路的敏检波电路的特性曲线特性曲线 通过调零电通过调零电路，可使输出曲路，可使输出曲线平移到原点。线平移到原点。标定位移时的实验数据及曲线标定位移时的实验数据及曲线2022/9/1612第12页，共50页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 电源中用到的电源中用到的“单相变压器单相变压器”有一个一次线圈（又称为初级线圈），有一个一次线圈（又称为初级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，后，将在二次线圈中产生感应电压将在二次线圈中产生感应电压UO O。在全波整流电路中，两个二次线。在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。请将请将单相变压器单相变压器二次线圈二次线圈N21、N22的的有关端点按有关端点按全波整流全波整流电路的要求电路的要求正确地连正确地连接起来。接起来。2022/9/1613第13页，共50页，编辑于2022年，星期日差动变压器式传感器的工作原理差动变压器式传感器的工作原理 差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。压器。差动变压器的结构原理如图差动变压器的结构原理如图3-8所示。在线框上绕有所示。在线框上绕有一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串再绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图联，组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图3-9。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头头”。2022/9/1614第14页，共50页，编辑于2022年，星期日差动变压器式传感器的等效电路差动变压器式传感器的等效电路 结构特点：结构特点：两个二次线圈反两个二次线圈反向串联，组成差向串联，组成差动输出形式。动输出形式。请将二次线请将二次线圈圈N21、N22的有关的有关端点正确地连接起端点正确地连接起来，并指出哪两个来，并指出哪两个为输出端点。为输出端点。2022/9/1615第15页，共50页，编辑于2022年，星期日灵敏度与线性度灵敏度与线性度 差动变压器的灵敏度一般可达差动变压器的灵敏度一般可达0.55V/mm，行程越小，灵敏度越高。，行程越小，灵敏度越高。为了提高灵敏度，励磁电压在为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。左右为宜。电源频率以电源频率以110kHz为好。为好。差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右左右。例：欲测量例：欲测量20mm 2mm轴的直径误差，轴的直径误差，应选择应选择线圈骨架长度线圈骨架长度为多少的为多少的差动变压器（或差动变压器（或电感传感器）为宜电感传感器）为宜？2022/9/1616第16页，共50页，编辑于2022年，星期日测量电路测量电路（以（以差动整流差动整流为例）为例）若若1、2虚焊，虚焊，Ua o、Ub o将变成什么波将变成什么波形？形？2022/9/1617第17页，共50页，编辑于2022年，星期日差动整流的特点差动整流的特点 电路是以两个桥路整流后的直流电压之差电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。反映位移的方向。上图中的上图中的RP是用来微调电路平衡的，是用来微调电路平衡的，VD1VD4、VD5VD8组成普通桥式整流电路，组成普通桥式整流电路，3、4、3、4组成低通滤波电路，组成低通滤波电路，1及及21、22、f、23组成差动减法放大器，用于克服组成差动减法放大器，用于克服a、b两点的对地共模电压。两点的对地共模电压。2022/9/1618第18页，共50页，编辑于2022年，星期日第第 一、二一、二 节作业节作业P56，第，第3题题2022/9/1619第19页，共50页，编辑于2022年，星期日第三章：第三节第三章：第三节 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 一、位移测量位移测量 轴向式电感轴向式电感 测测微器的外形微器的外形 航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头2022/9/1620第20页，共50页，编辑于2022年，星期日其他电感测微头其他电感测微头2022/9/1621第21页，共50页，编辑于2022年，星期日模拟式及数字式模拟式及数字式电感测微仪电感测微仪2022/9/1622第22页，共50页，编辑于2022年，星期日轴向式电感测微器的内部结构轴向式电感测微器的内部结构 1 1引线电缆引线电缆 2 2固定磁筒固定磁筒 3 3衔铁衔铁 4 4线圈线圈 5 5测力弹簧测力弹簧 6 6防转销防转销 7 7钢球导轨（直线轴承）钢球导轨（直线轴承）8 8测杆测杆 9 9密封套密封套 1010测端测端 1111被测工件被测工件 1212基准面基准面 2022/9/1623第23页，共50页，编辑于2022年，星期日二、电感式滚柱直径分选装置二、电感式滚柱直径分选装置 图图3-14 滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置 1 1气缸气缸 2 2活塞活塞 3 3推杆推杆 4 4被测滚柱被测滚柱 5 5落料管落料管 6 6电感测微器电感测微器 7 7钨钢测头钨钢测头 8 8限位挡板限位挡板 9 9电磁翻板电磁翻板 1010容器（料斗）容器（料斗）2022/9/1624第24页，共50页，编辑于2022年，星期日二、电感式滚柱直径分选装置二、电感式滚柱直径分选装置 测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子2022/9/1625第25页，共50页，编辑于2022年，星期日电感式滚柱直径分选装置电感式滚柱直径分选装置（外形）（外形）滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）（参考中原量仪股份有限公司资料）2022/9/1626第26页，共50页，编辑于2022年，星期日电感式滚柱直径分电感式滚柱直径分选装置选装置外形外形落料振动台落料振动台滑道滑道11个分选仓位个分选仓位（参考无锡市通达滚子（参考无锡市通达滚子有限公司资料）有限公司资料）废料仓废料仓2022/9/1627第27页，共50页，编辑于2022年，星期日电感式滚柱直径分选装置（电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）机械结构放大）汽缸汽缸控制键盘控制键盘直径测微装置直径测微装置长度测微装置长度测微装置滑道滑道2022/9/1628第28页，共50页，编辑于2022年，星期日机械及气动元件机械及气动元件电感测微器电感测微器汽缸汽缸 气水分离器气水分离器（供气三联件）（供气三联件）储气罐储气罐导气管导气管 气压表气压表（0.4MPa左右）左右）2022/9/1629第29页，共50页，编辑于2022年，星期日三、电感传感器在仿形机床中的应用三、电感传感器在仿形机床中的应用 1 1标标准准靠靠模模样样板板 2 2测测端端（靠靠模模轮轮）3 3电感测微器电感测微器 4 4铣刀龙门框架铣刀龙门框架 5 5立柱立柱 6 6伺服电动机伺服电动机 7 7铣刀铣刀 8 8毛坯毛坯 2022/9/1630第30页，共50页，编辑于2022年，星期日仿形铣床外形仿形铣床外形 仿形机床仿形机床采用采用 闭环工作方式闭环工作方式仿形头仿形头主主轴轴2022/9/1631第31页，共50页，编辑于2022年，星期日仿形车床原理仿形车床原理2022/9/1632第32页，共50页，编辑于2022年，星期日四、电感式不圆度计原理四、电感式不圆度计原理 该圆度计采用该圆度计采用旁向式电感测微头旁向式电感测微头2022/9/1633第33页，共50页，编辑于2022年，星期日电感式不圆度测试系统电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头2022/9/1634第34页，共50页，编辑于2022年，星期日电感式不圆度测量系统外形电感式不圆度测量系统外形（参考（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘旋转盘测量头测量头2022/9/1635第35页，共50页，编辑于2022年，星期日不圆度测量打印不圆度测量打印2022/9/1636第36页，共50页，编辑于2022年，星期日电感式轮廓仪电感式轮廓仪 旁向式旁向式电感电感 测测微头微头2022/9/1637第37页，共50页，编辑于2022年，星期日五、压力测量五、压力测量 1压力输入接头压力输入接头 2波纹膜盒波纹膜盒 3电缆电缆 4印制线路板印制线路板 5差动线圈差动线圈 6衔铁衔铁 7电源变压器电源变压器 8罩壳罩壳 9指示灯指示灯 10密封隔板密封隔板 11安装底座安装底座2022/9/1638第38页，共50页，编辑于2022年，星期日压力测量用的膜盒压力测量用的膜盒 膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。够将压力变换为直线位移。2022/9/1639第39页，共50页，编辑于2022年，星期日六、电感传感器在粗糙度测量中的应用六、电感传感器在粗糙度测量中的应用 手持式粗糙度仪手持式粗糙度仪 触针触针:金刚石圆锥；金刚石圆锥；针尖圆弧半径：针尖圆弧半径：5m5m；可存储可存储500500个粗糙度参数值及个粗糙度参数值及4 4组轮廓数据；组轮廓数据；可进行粗糙度参数的打印；可进行粗糙度参数的打印；可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试；面进行测试；2022/9/1640第40页，共50页，编辑于2022年，星期日粗糙度仪外形粗糙度仪外形金刚石测头金刚石测头2022/9/1641第41页，共50页，编辑于2022年，星期日粗糙度测量结果打印（粗糙度测量结果打印（1）2022/9/1642第42页，共50页，编辑于2022年，星期日粗糙度测量结果打印（粗糙度测量结果打印（2）2022/9/1643第43页，共50页，编辑于2022年，星期日图图3-17b 3-17b 某一某一压力变送器的测量电路压力变送器的测量电路 2022/9/1644第44页，共50页，编辑于2022年，星期日七、一次仪表与七、一次仪表与 420mA二线制输出方式二线制输出方式 图图3-17所所示示的的压压力力变变送送器器已已经经将将传传感感器器与与信信号号处处理理电电路路组组合合在在一一个个壳壳体体中中，这这在在工工业业中中被被称称为为一一次次仪仪表表。一一次次仪仪表表的的输输出出信信号号可可以以是是电电压压，也也可可以以是是电电流流。由由于于电电流流信信号号不不易易受受干干扰扰，且且便便于于远远距距离离传传输输（可可以以不不考考虑虑线线路路压压降降），所所以以在在一一次仪表中多采用电流输出型。次仪表中多采用电流输出型。2022/9/1645第45页，共50页，编辑于2022年，星期日420mA二线制输出方式二线制输出方式 新新的的国国家家标标准准规规定定电电流流输输出出为为420mA420mA；电电压压输输出出为为15V(15V(旧旧国国标标为为010mA010mA或或02V)02V)。4mA4mA对对应应于于零零输输入入，20mA20mA对对应应于于满满度度输输入入。不不让让信信号号占占有有04mA04mA这这一一范范围围的的原原因因，一一方方面面是是有有利利于于判判断断线线路路故故障障（开开路路）或或仪仪表表故故障障；另另一一方方面面，这这类类一一次次仪仪表表内内部部均均采采用用微微电电流流集集成成电电路路，总总的的耗耗电电还还不不到到4mA4mA，因因此此还还能能利利用用04mA04mA这这一一部部分分“本本底底”电电流流为为一一次次仪仪表表的的内内部部电电路路提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。2022/9/1646第46页，共50页，编辑于2022年，星期日420mA二线制输出方式二线制输出方式 所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。需两根导线。多数情况下，多数情况下，其中一根（红色）为其中一根（红色）为+24V+24V电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。2022/9/1647第47页，共50页，编辑于2022年，星期日420mA二线制仪表接线方法二线制仪表接线方法420mA2022/9/1648第48页，共50页，编辑于2022年，星期日420mA二线制数显表外形及计算二线制数显表外形及计算 在上一张图中，若取样电阻在上一张图中，若取样电阻RL=500.0，则，则对应于对应于420mA的输出电流，输出电压的输出电流，输出电压Uo为为210V。2022/9/1649第49页，共50页，编辑于2022年，星期日第第 三三 节作业节作业P56，第，第4、9题题（本章作业共（本章作业共3道题）道题）2022/9/1650第50页，共50页，编辑于2022年，星期日