本章學(xué)習(xí)自感式傳感器和差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、測(cè)量電路以及它們的應(yīng)用。模塊四電感傳感器

9/5/20251單元一自感式電感傳感器

實(shí)驗(yàn)：

將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機(jī)床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如圖4-1所示。這時(shí)毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動(dòng)鐵心（稱為銜鐵）往下按，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當(dāng)銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時(shí)，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。

9/5/20252電感傳感器的基本工作原理演示F220V9/5/20253電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F9/5/20254

當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻Rm也較大，線圈的電感量L和感抗XL較小，所以電流I較大。當(dāng)鐵心閉合時(shí)，磁阻變小、電感變大，電流減小。

9/5/20255自感式傳感器常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式

變隙式變截面式螺線管式

9/5/20256電感量計(jì)算公式

：

請(qǐng)分析電感量L與氣隙厚度

及氣隙的有效截面積A之間的關(guān)系，并討論有關(guān)線性度的問(wèn)題。N：線圈匝數(shù)；A：氣隙的有效截面積；

0：真空磁導(dǎo)率；

：氣隙厚度。

9/5/202571、變隙式電感傳感器電感L與氣隙厚度δ成反比，輸入輸出是非線性關(guān)系。δ越小，靈敏度就越高。為了保證一定的線性度，變隙式電感傳感器只能用于微位移的測(cè)量。2、變截面式電感傳感器理論上電感量L與氣隙截面積A是線性關(guān)系，靈敏度為常數(shù)。3、螺線管式電感傳感器線圈電感量L與銜鐵插入深度l大致成正比。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，但靈敏度稍低，適用于測(cè)量稍大一點(diǎn)的位移，這種結(jié)構(gòu)最常用。9/5/20258差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn)

請(qǐng)分析：靈敏度、線性度有何變化曲線1、2為L(zhǎng)1、L2

的特性，3為差動(dòng)特性

在變隙式差動(dòng)電感傳感器中，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)線圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。1-差動(dòng)線圈2-鐵心3-銜鐵4-測(cè)桿5-工件

9/5/20259差動(dòng)式電感傳感器的特性

從曲線圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度較高（約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍）。

從結(jié)構(gòu)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。

9/5/202510當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí),橋路平衡，輸出電壓Uo=0。

當(dāng)銜鐵下移時(shí),下線圈感抗增加，而上線圈感抗減小,此時(shí)輸出電壓絕對(duì)值增大，其相位與激勵(lì)源同相。

當(dāng)銜鐵上移時(shí)，輸出電壓的相位與激勵(lì)源反相。變壓器電橋電路

測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——9/5/202511測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來(lái)。但若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無(wú)法判別輸出的相位和位移的方向。如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過(guò)一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映位移的大?。ǖ姆担€可以反映位移的方向（的相位）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。9/5/202512圖4-1

相敏檢波輸出特性曲線a）非相敏檢波b）相敏檢波1—理想特性曲線

2—實(shí)際特性曲線

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差動(dòng)變壓器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。當(dāng)一次線圈接入激勵(lì)電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)兩者間的互感量變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)變化。單元二差動(dòng)變壓器式傳感器

目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。1－一次線圈2－二次線圈3－銜鐵4－測(cè)桿9/5/202514

電源中用到的“單相變壓器”有一個(gè)一次線圈（又稱為初級(jí)線圈），有若干個(gè)二次線圈（又稱次級(jí)線圈）。當(dāng)一次線圈加上交流激勵(lì)電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓UO。如果兩個(gè)二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個(gè)二次線圈的電壓之和。

請(qǐng)將單相變壓器二次線圈N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流電路的要求正確地連接起來(lái)。Uo10V10V9/5/202515差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理

差動(dòng)變壓器式傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。兩個(gè)二次線圈采用差動(dòng)接法，故稱為差動(dòng)變壓器。目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線管式差動(dòng)變壓器。

差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)原理如圖3-8所示。在線框上繞有一組輸入線圈（稱一次線圈）；在同一線框的上端和下端再繞制兩組完全對(duì)稱的線圈（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。理想差動(dòng)變壓器的原理如圖3-9。圖中標(biāo)有黑點(diǎn)的一端稱為同名端，通俗說(shuō)法是指線圈的“頭”。

9/5/202516差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩個(gè)二次線圈反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。

差動(dòng)變壓器測(cè)量位移的原理：

9/5/2025179/5/202518

當(dāng)差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)及電源電壓一定時(shí)，互感量M1、M2的大小與銜鐵位置有關(guān)。差動(dòng)變壓器二次繞組反向串聯(lián)方式連接，組成差動(dòng)形式；輸出電壓Uo為二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U21、U22之差。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，互感M1=M2，輸出Uo為零；當(dāng)銜鐵偏離中間位置上移時(shí)，M1增大，M2減小，因此U21增大,U22減小，輸出電壓Uo不為零，輸出電壓與激勵(lì)源電壓同相；當(dāng)銜鐵向下移動(dòng)時(shí)，M1減小，M2增大，同時(shí)U21減小,U22增大，輸出電壓Uo與激勵(lì)源電壓反相。采用普通指示儀表無(wú)法判斷輸出位移的方向，必須采用相敏檢波電路才能判斷銜鐵位移的方向。靈敏度與線性度

差動(dòng)變壓器的靈敏度一般可達(dá)0.5~5V/mm，行程越小，靈敏度越高。為了提高靈敏度，勵(lì)磁電壓在10V左右為宜。電源頻率以1~10kHz為好。差動(dòng)變壓器線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右。例：欲測(cè)量20mm2mm軸的直徑誤差，應(yīng)選擇線圈骨架長(zhǎng)度為多少的差動(dòng)變壓器（或電感傳感器）為宜？60mm左右9/5/202519

測(cè)量電路

（差動(dòng)整流）

該電路是以兩個(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出。9/5/202520LVDT

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，目前已能將傳感器的激勵(lì)源、相敏或差動(dòng)整流