1、2023-1-3012.3 2.3 电感式传感器电感式传感器 22023-1-30 电感式传感器是基于电感式传感器是基于电磁感应原理电磁感应原理，它是把被，它是把被测量转化为测量转化为电感量电感量的一种装置。的一种装置。电感式传感器电感式传感器工作原理工作原理 32023-1-302.3.1 2.3.1 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毫安表串联后，接到机床用控制变压器的的36V交流电压源上，如图所示。这时交流电压源上，如图所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢毫安表的示值
2、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。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，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。毫安表的读数只剩下十几毫安。42023-1-30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52023-1-30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 F62023-1-30电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理原
3、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，线圈的电感量也较大，线圈的电感量L和感抗和感抗XL 较较小，所以电流小，所以电流I 较大。当铁心闭合时，较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。磁阻变小、电感变大，电流减小。(3 1)2LUUUIZXfL72023-1-30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 及气隙的及气隙的有效截面积有效截面积A之间的关系，并讨论有关线性之间的关系，并讨论有关线性度的问题。度的问题。20 2NALN：线圈匝数；：线圈匝数；A：气隙的有效截面积；：气隙的有效截面积；0：真空磁导率；：真
4、空磁导率；：气隙厚度。气隙厚度。82023-1-30电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型变面积型电传感器螺线管型电传感器变间隙型电传感器电感式传感器电感式传感器分类分类 20 2NAL92023-1-30变隙式自感传感器202ANL 102023-1-30可变导磁面积型可变导磁面积型变截面式截面式自感传感器112023-1-303、螺管型电感式传感器、螺管型电感式传感器 单螺管线圈：结构简单，灵敏度低，适合于较大位移测量。单螺管线圈：结构简单，灵敏度低，适合于较大位移测量。122023-1-30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
5、线管式螺线管式 132023-1-30 单一的自感传感器的缺点：单一的自感传感器的缺点：1 1、工作时电感线圈一直有电流通过，衔铁始终受到、工作时电感线圈一直有电流通过，衔铁始终受到单向电磁力的作用（吸引力），不能反映被测量的单向电磁力的作用（吸引力），不能反映被测量的的变化方向。的变化方向。2 2、易受到外界干扰。如：电源电压、频率变化，温、易受到外界干扰。如：电源电压、频率变化，温度影响线圈电阻都会使输出产生误差。度影响线圈电阻都会使输出产生误差。4 4、差动电感传感器差动电感传感器 142023-1-30差动电感传感器的特点差动电感传感器的特点 在变隙式差动电在变隙式差动电感传感器中，当
6、衔铁感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离随被测量移动而偏离中间位置时，两个线中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，圈的电感量一个增加，一个减小，形成一个减小，形成差动差动形式。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 152023-1-30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，曲线曲线3为差动特性为差动特性162023-1-30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，从曲线图可以看出，差动式电感传差动
7、式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。倍。从结构图可以看出，差动式电感传感器从结构图可以看出，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。吸力也较小，从而减小了测量误差。172023-1-30自感式电感传感器自感式电感传感器测量转换电路测量转换电路 测量转换电路的作用是测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成将电感量的变化转换成电压或电流的
8、变化，电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。以便用仪表指示出来。但若仅但若仅采采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大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。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小（的幅相位的检波电路，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）。这种值），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波检波电路称为相敏检波电路电路称为相敏检波电路。182023-1-302.3.2 2.3.
9、2 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（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线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压Ui后，将在二后，将在二次线圈中产生感应电压次线圈中产生感应电压UO O。在全波整流电路中，两个。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。二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。请请将将单相变压单相变压器器二次线圈二次线圈N21、N22的有关端点按的有关端点按全波整流电路的要全波整流
10、电路的要求求正确地连接起来。正确地连接起来。192023-1-30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为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线装置。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势，当两者间的互感量变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化。由于两个二次化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最
11、广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。202023-1-30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：两个二次线圈两个二次线圈反向串联，组反向串联，组成差动输出形成差动输出形式。式。请将二次请将二次线圈线圈N21、N22的的有关端点正确地有关端点正确地连接起来，并指连接起来，并指出哪两个为输出出哪两个为输出端点。端点。标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头头”212023-1-30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.
12、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左左右为宜。电源频率以右为宜。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差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的长度的1/10左右左右。例：欲测量例：欲测量20mm 2mm轴的直径误轴的直径误差，应选择差，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差动变压器（或压器（或电感传感器）为宜电感传感器）为宜？222023-1-30测量电路测量电路（以（以差动整流差动整流为例）为例）232023-1-30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
13、直电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位差动整流电路。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。242023-1-302.3.32.3.3 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 测微器的外形测微器的外形 航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头252023-1-30其他电感测微头其他电感测微头262023-1-30模拟式及数字式模拟式及数字式电感测微仪电感测微仪272023-1-30轴向式电感测微器的内部结构轴向
14、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 282023-1-30二、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
15、板电磁翻板 1010容器（料斗）容器（料斗）292023-1-30二、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302023-1-30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）312023-1-30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（参考无锡市通达滚子有限公司资料）子有限公司资料）废料仓废料仓322023-1-30电感式滚柱直径分选装置（电感式
16、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332023-1-30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）342023-1-30三、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标准靠模样板标准靠模样板 2 2测端（靠模轮）测端（靠模轮）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
17、坯毛坯 352023-1-30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362023-1-30仿形车床原理仿形车床原理372023-1-30四、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382023-1-30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392023-1-30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）旋转盘旋转盘测量测量头头402023-1-30不圆度测量打印不圆度测
18、量打印412023-1-30电感式轮廓仪电感式轮廓仪 旁向式旁向式电感电感 测微测微头头422023-1-30五、电感传感器在粗糙度测量中的应用五、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组轮廓组轮廓数据；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、圆锥面等各可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试；种复杂表面进行测试；432023-1-30粗糙度仪外形粗糙度仪外形金刚石测头金刚石测头442023-1-30粗糙度测量结果打印（粗糙度测量结果打印（1）452023-1-30粗糙度测量结果打印（粗糙度测量结果打印（2）
