自动检测与转换技术3检测课件(第三章)

1《自动检测与转换技术》第三版多媒体课件第三章电感传感器2在这一章里，卡卡给大家介绍电感传感器的类型、基本原理、特性和应用。电感传感器可以用于测量微小的位移以及与位移有关的工件尺寸、压力等参数。电感传感器种类很多，人们习惯上讲的电感传感器通常是指自感传感器。而互感量传感器是利用了变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动变压器。电感传感器属于接触式测量，需要较大的驱动力。它的最大特点是分辨力高，可达0.1μm。第三章电感传感器第一节自感传感器电感传感器种类很多，可分为自感式和互感量式两大类。人们习惯上讲电感传感器通常是指自感传感器。4为了观察铁心气隙与电感的关系，我们先来做一个实验。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3-1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，将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。小实验电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F7由电工知识可知，当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm较大，线圈的电感量L和感抗XL就较小，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。我们可以利用上述实验中自感量随气隙而改变的原理来制作测量位移的自感传感器。回顾与总结(31)2LUUUIZXfL自感式电感传感器常见的形式变隙式变截面式螺线管式1－线圈2－铁心3－衔铁4－测杆5－导轨6－工件7－转转轴电感传感器的衔铁较重，响应较慢，不宜用于快速动态测量。小贴士单线圈螺线管式电感传感器的结构如图3-2c所示。主要元件是一只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量的变化。电感量L在几毫米的范围内与衔铁插入深度l1大致成正比。测量范围越大，分辨力越低。最常用的电感传感器——螺线管式电感传感器10在模拟电子学中，采用两个参数完全相同的三极管组成差动放大电路，可以克服温漂以及电源不稳定等外界因数引起的输出电压漂移。回顾一下上述3种电感传感器使用时，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。温度升高时，线圈的尺寸增大，电感量随之增大，将引起测量误差。在实际使用中常采用差动形式，两个完全相同的线圈共用一根活动衔铁，构成差动式电感传感器，既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。差动式电感传感器的结构如图3-3所示。当衔铁偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。差动电感传感器的特点1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件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。差动电感传感器的特性曲线1、2为L1、L2的特性，3为差动特性请分析：从曲线图可以看出，与非差动电感传感器相比较，差动式电感传感器的灵敏度、线性度有何变化？13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电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。但若仅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。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，则不但可以反映幅值（位移的大小），还可以反映输出电压的相位（位移的方向）。这种检波电路称为相敏检波电路。普通的全波整流电路及波形电路只能得到单一方向的直流电，不能反映输入信号的相位。相敏检波输出特性曲线a）非相敏检波b）相敏检波1—理想特性曲线2—实际特性曲线实测得到的相敏检波电路的特性曲线通过调零电路，可使输出曲线平移到原点。标定位移时的实验数据及曲线第二节差动变压器传感器＋复习电工知识：全波整流电路中用到的“单相变压器”有一个一次线圈，有两个二次线圈。当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。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。普通的全波整流电路及波形电路只能得到单一方向的直流电，不能反映输入信号的相位。请将单相变压器的二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。请将单相变压器的二次线圈N21、N22的有关端点按全波整流电路的要求正确地连接起来。Uo10V10V=20V差动变压器的工作原理差动变压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M的变化的装置。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。在差动变压器的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。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗的说法是指线圈的“头”。差动变压器式传感器的等效电路及接线结构特点：两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式。请将二次线圈N21、N22的有关端点正确地连接起来，并指出哪两个为输出端点。uo=u21-u22灵敏度与线性度差动变压器的灵敏度一般可达0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。电源频率以1~10kHz为好。差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。例：欲测量Φ120mm2mm轴的直径误差，应选择线圈骨架长度为多少的差动变压器（或电感传感器）为宜？答：线圈骨架长度约为被测变化量的10倍左右，选2mm×2=40mm。测量电路（以差动整流为例）Ｃ1、Ｃ2虚焊，Uao、Ubo将变成什么波形？图中的RP起什么作用？测量电路（以差动整流为例）Ｃ1、Ｃ2虚焊，Uao、Ubo将变成什么波形？图中的RP起什么作用？第三节电感式传感器的应用一、位移测量轴向式电感测微器的外形航空插头红宝石测头其他电感测微头模拟式及数字式电感测微仪轴向式电感测微器的内部结构1—引线电缆2—固定磁筒3—衔铁4—线圈5—测力弹簧6—防转销7—钢球导轨（直线轴承）8—测杆9—密封套10—测端11—被测工件12—基准面电感式滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置图1—气缸2—活塞3—推杆4—被测滚柱5—落料管6—电感测微器7—钨钢测头8—限位挡板9—电磁翻板10—容器（料斗）电感式滚柱直径分选装置测微仪圆柱滚子电感式滚柱直径分选装置（外形）滑道分选仓位轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）电感式滚柱直径分选装置外形落料振动台滑道11个分选仓位（参考无锡市通达滚子有限公司资料）废料仓电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）汽缸控制键盘直径测微装置长度测微装置滑道机械及气动元件电感测微器汽缸气水分离器（供气三联件）储气罐导气管气压表（0.4MPa左右）电感式滚柱直径分选界面分选结果基本符合正态分布差动变压器式厚度测量原理电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头电感式不圆度测量系统外形（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘测量头不圆度测量打印电感式轮廓仪旁向式电感测微头压力测量1—压力输入接头2—波纹膜盒3—电缆4—印制线路板5—差动线圈6—衔铁7—电源变压器8—罩壳9—指示灯10—密封隔板11—安装底座压力测量1—压力输入接头2—波纹膜盒3—电缆4—印制线路板5—差动线圈6—衔铁7—电源变压器8—罩壳9—指示灯10—密封隔板11—安装底座一次仪表与4~20mA二线制输出方式压力变送器已经将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，这在工业中被称为一次仪表。一次仪表的输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降），所以在一次仪表中多采用电流输出型。4~20mA二线制输出方式新的国家标准规定电流输出为4～20mA；电压输出为1～5V(旧国标为0～10mA或0`2V)。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。不让信号占有0～4mA这一范围的原因，一方面是有利于判断线路故障（开路）或仪表故障；另一方面，这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA，因此还能利用0～4mA这一部分“本底”电流”为一次仪表的内部电路提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。4~20mA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需两根导线。多数情况下，其中一根（红色）为+24V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。4~20mA二线制仪表接线方法（4~20mA）4~20mA二线制数显表外形及计算在上一张图中，若取样电阻RL=500.0，则对应于4~20mA的输出电流，输出电压Uo为多少？什么是“一次仪表”将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，并安装在检测现场，在工业中经常被称为一次仪表。一次仪表的输出：输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降），所以在一次仪表中多采用电流输出型。旧标准：0～10mA或0～2V。新的标准规定电流输出为4～20mA；电压输出为1～5V。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。如何将电流信号转变成电压信号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（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。取样电阻的计算：在下图中，若取样电阻RL=250.0，则对应于4～20mA的输出电压Uo为1～5V。（4~20mA）休息一下