任務(wù)一電感式接近開關(guān)的制作

目標(biāo)要求:

1.了解電感式傳感器的測量原理

2.學(xué)會(huì)利用電感式傳感器進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)

3.掌握常用的測位傳感器的應(yīng)用電磁感應(yīng)

被測非電量自感系數(shù)L互感系數(shù)M測量電路U、I、f電感式傳感器電感式傳感器自感式傳感器互感式傳感器電渦流式傳感器電感式傳感器的測量原理

高頻電流通過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。氣隙變小，電感變大，電流變小F自感式傳感器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理總磁阻線圈匝數(shù)兩式聯(lián)立得:δ線圈鐵芯銜鐵ΔδI為線圈中所通交流電的有效值。Rm=式中:μ1——鐵芯材料的導(dǎo)磁率;μ2——銜鐵材料的導(dǎo)磁率;L1——磁通通過鐵芯的長度;L2——磁通通過銜鐵的長度;S1——鐵芯的截面積;S2——銜鐵的截面積;μ0——空氣的導(dǎo)磁率;

S0——?dú)庀兜慕孛娣e;δ——?dú)庀兜暮穸?/p>

通常氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和銜鐵的磁阻,即則式(4-3）可近似為Rm=

當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí),氣隙厚度δ發(fā)生改變,引起磁路中磁阻變化,從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化,因此只要能測出這種電感量的變化,就能確定銜鐵位移量的大小和方向。

自感式傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶氣隙的鐵心和線圈。按磁路幾何參數(shù)變化形式的不同，目前常用的有變氣隙型、變面積型型兩種.自感式傳感器的輸出特性

氣隙變化量Δδ越小，非線性失真越小，氣隙δ0越小，靈敏度越高。因此該傳感器只適用于微小位移的測量。為了減小非線性誤差,

實(shí)際測量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。

差動(dòng)式自感傳感器差動(dòng)式自感傳感器ΔL=ΔL1+ΔL2

比較單線圈和差動(dòng)兩種變間隙式電感傳感器的特性,可以得到如下結(jié)論:

①差動(dòng)式比單線圈式的靈敏度高一倍。②差動(dòng)式的非線性失真小。

為了使輸出特性能得到有效改善,構(gòu)成差動(dòng)的兩個(gè)變隙式電感傳感器在結(jié)構(gòu)尺寸、材料、電氣參數(shù)等方面均應(yīng)完全一致。

（2）變面積式自感傳感器★自感L與S成線性關(guān)系，這種傳感器靈敏度較低（4）自感式傳感器的測量電路

電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、交流變壓器式以及帶相敏檢波的交流電橋等幾種形式。

1、交流電橋

設(shè)初始時(shí)Z1=Z2=Z=jωL；

Z3=Z4=R；

L1=L2=L0

將ΔL=L0（Δδ/δ0）代入上式電橋輸出電壓與Δδ有關(guān)。2、變壓器式交流電橋

橋路輸出電壓：

當(dāng)傳感器的銜鐵處于中間位置,即Z1=Z2=Z時(shí)有UO=0,電橋平衡。當(dāng)傳感器銜鐵上移時(shí),即Z1=Z+ΔZ,Z2=Z-ΔZ,此時(shí)

優(yōu)點(diǎn)：這種電橋與電阻平衡電橋相比，元件少，輸出阻抗小，橋路開路時(shí)電路呈線性；缺點(diǎn)：電橋輸出電壓只能反映被測物體位移量的大小，不能反映位移量的方向。

基本測量電橋輸出特性曲線

由于電路結(jié)構(gòu)不完全對稱，初態(tài)時(shí)電橋不完全平衡，因而產(chǎn)生靜態(tài)零偏壓，稱之為零點(diǎn)殘余電壓，如圖中實(shí)線所示，圖中虛線為理想對稱狀態(tài)下的輸出特性。3、帶相敏整流的交流電橋

圖中調(diào)制電壓er和e同頻，經(jīng)過移相器使er和e保持同相或反相，且滿足er>>e。調(diào)節(jié)電位器R可調(diào)平衡，圖中電阻R1=R2=R0，電容C1=C2=C0，輸出電壓為UCD。當(dāng)鐵芯在中間時(shí),e=0,只有er起作用，輸出電壓UCD＝0。若鐵芯上移，e≠0，設(shè)e和er同相位，由于er>>e，故er正半周時(shí)D1、D2仍導(dǎo)通，但D1回路內(nèi)總電勢為er＋e，而D2回路內(nèi)總電勢為er－e，故回路電流i1＞i2輸出電壓UCD=R0（i1–i2）>0。當(dāng)er負(fù)半周時(shí)，UCD=R0(i4-i3)>0，因此鐵芯上移時(shí)輸出電壓UCD>0。當(dāng)鐵芯下移時(shí)，e和er相位相反。同理可得UCD<0。由此可見，該電路能判別鐵芯移動(dòng)的方向。帶相敏整流的交流電橋相敏檢波電路

相敏整流電路，把測量橋的交流輸出轉(zhuǎn)換為直流輸出，而后用零值居中的直流電壓表測量電橋的輸出電壓。測量電橋引入相敏整流后，輸出特性曲線通過零點(diǎn)，輸出電壓的極性隨位移方向而發(fā)生變化，同時(shí)消除了零點(diǎn)殘余電壓，還增加了線性度。變氣隙式電感測微儀自感式電感傳感器應(yīng)用

1、測氣體壓力的傳感器自感式傳感器的應(yīng)用變隙電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖差動(dòng)變壓器式傳感器

把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多,有變隙式、變面積式和螺線管式等,但其工作原理基本一樣.差動(dòng)變壓器式傳感器工作原理差動(dòng)變壓器式傳感器中兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)。給出了變壓器輸出電壓與活動(dòng)銜鐵位移x的關(guān)系曲線。

（1）差動(dòng)整流電路差動(dòng)變壓器式傳感器測量電路

其測量電路常采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路。

差動(dòng)整流電路

差動(dòng)變壓器式傳感器測量電路

差動(dòng)變壓式傳感器的應(yīng)用

銜鐵受振動(dòng)和加速度的作用，使彈簧受力變形，與彈簧連接的銜鐵的位移大小反映了振動(dòng)的幅度和頻率以及加速度的大小。穩(wěn)壓電源振蕩器檢波器濾波器(b)～220Va輸出2差動(dòng)變壓器式測張力一、原理:渦流效應(yīng)電感式傳感器——電渦流式傳感器Z=F（ρ,μ,r,f,x）高頻反射式渦流式傳感器

線圈置于金屬導(dǎo)體附近：線圈中通以高頻信號(hào)

i1

正弦交變磁場H1

金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流渦流產(chǎn)生電磁場反作用于線圈,改變了電感高頻反射式電渦流傳感器

高頻電流通過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。采用了最常用的結(jié)構(gòu)形式—高頻反射式結(jié)構(gòu).電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)低頻透射式渦流厚度傳感器

由此可知，E的大小間接反映了M的厚度t，這就是測厚依據(jù)。透射式渦流厚度傳感器檢測范圍可達(dá)1~100mm，分辨率為0.1mm，線性度為1%。

當(dāng)電渦流線圈與被測體的距離改變時(shí)，電渦流線圈的電感量L也隨著變化，引起LC振蕩器的輸出頻率改變，此頻率可直接用頻率計(jì)測量。測量轉(zhuǎn)換電路①電橋電路；②諧振電路；③正反饋電路。電渦流式傳感器的應(yīng)用表6.1給出了電渦流式傳感器在工業(yè)測量中的主要應(yīng)用。4、電渦流式傳感器應(yīng)用

1）位移測量2）振幅測量3）電渦流安全門

4）電渦流測厚5）電渦流計(jì)數(shù)6）渦流探傷電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)的測量案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測油管檢測電感式接近傳感器產(chǎn)品：思考與習(xí)題1.概述自感式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及工作原理。2.自感式傳感器的測量任務(wù)是什么？變壓器式交流電橋和帶相敏檢波的交流電橋，誰能更好地完成這一任務(wù)？為什么？3.概述差動(dòng)變壓器的組成及工作原理。4、什么是電渦流效應(yīng)？概述電渦流傳感器的基本工作原理？5、何為零點(diǎn)殘余電壓？簡述產(chǎn)生的原因和消除的辦法？休息一下！變氣隙式差動(dòng)電感壓力傳感器1.產(chǎn)生零位殘余電壓的原因如下：①差動(dòng)式電感傳感器的電氣參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸不可能完全對稱；②傳感器具有鐵損，即磁化曲線的非線性；③電源電壓中含有高次諧波；④線圈具有寄生電容，線圈與外殼、鐵心間有分布電容。2.減小零位殘余電壓的措施①銜鐵、骨架等零件應(yīng)保證足夠的加工精度，兩線圈繞制要一致，必要時(shí)可選配線圈。保證電、磁、幾何對稱。②減小電源中諧波成分。③減小電感傳感器的勵(lì)磁電流，使之工作在磁化曲線的線性段。④注意利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽。⑤采用電路措施來減小零位電壓。

差動(dòng)變壓器式傳感器類型：

①變氣隙型：靈敏度較高，但測量范圍小，一般用于測量幾mm到幾百mm的位移。圖(a)、(b)。②變面積型：一般可分辨零點(diǎn)幾角秒以下的微小角位移，線性范圍達(dá)±10°。圖(c)、(d)。③螺管型：可測量幾mm到1m的位移，但靈敏度稍低。其示值范圍大，自由行程可任意安排、制造裝配也較方便。圖(e)、(f)。（1）初始平衡位置時(shí)

當(dāng)差動(dòng)式傳感器的活動(dòng)鐵芯處于中間位置時(shí)，傳感器兩個(gè)