9检测教案,小位移检测传感器与检测技术项目教程梁森授课教案

模块九、小位移检测技术授课教案

项目一电感式小位移传感器

【项目教学目标】

☞知识目标

1）了解电感式小位移传感器的基本工作原理。

2）掌握差动整流电路。

☞技能目标

熟悉电感式位移传感器的安装与应用。

任务一认识自感式传感器与差动变压器

一、自感式位移传感器

图9-1 铁心气隙与电感量及电流的关系实验

1－固定铁心2－气隙3－线圈4－衔铁5－弹簧6－磁力线7－绝缘外壳

2π

L

U U U

I

Z X fL

=≈=（9-1）

图9-2电感式位移传感器的结构

a）变气隙式b）变面积式c）螺线管式

1－线圈2－铁心3－衔铁4－测杆5－导轨6－工件7－转轴

1．变气隙电感式位移传感器

提问：变气隙电感式位移传感器必须保持

2

2

N A

L

μ

δ

≈中的哪些函数为为常数？

图9-3电感式位移传感器的特性曲线

a）L-δ特性曲线b）L-A特性曲线

1－实际输出特性2－理想输出特性

提问：变气隙电感式位移传感器的输入输出是何种关系？δ越小，灵敏度就越？2．变面积电感式位移传感器

提问：变面积电感式位移传感器的输入输出是何种关系？

3．螺线管电感式位移传感器

提问：螺线管电感式位移传感器的特点有哪些？

4．差动电感式位移传感器

图9-4差动电感式位移传感器

a）变气隙式差动传感器b）螺线管式差动传感器

1－上差动线圈2－铁心3－衔铁4－下差动线圈5－测杆6－工件7－基座

图9-5差动线圈与单线圈变气隙电感式位移传感器的特性比较

1－上线圈特性2－下线圈特性3－L1、L2差接后的特性

提问：请分析差动变气隙电感式位移传感器的特性（线性、灵敏度、吸力、温漂等）。

5．测量转换电路

（1）交流电桥电路（略）。

（2）相敏检波电路“检波”与“整流”的含义……

提问：相敏检波电路的输出电压与衔铁的位移方向之间有何关系？

采用相敏检波电路，得到的输出信号既能反映______的大小，也能反映______的方向。

图9-7 不同检波方式的输出特性曲线

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E0－零点残余电压Δx0－位移的不灵敏区

二、差动变压器式位移传感器

图9-8差动变压器的结构示意图

1一次绕组2－二次绕组3－衔铁4－测杆5－被测工件

图9-9 理想差动变压器原理图

图9-10差动变压器的三种状态

a）衔铁向左位移b）衔铁处于两个二次绕组的对称位置c）衔铁向右位移d）输出特性曲线1－非相敏检波理想输出特性2－非相敏检波实际输出特性3－相敏检波实际输出特性

请分析：

1）当衔铁处于中间位置时的情况；2）当衔铁偏离中间位置向左移动时的情况；3）当衔铁偏离中间位置向右移动时的情况。

2．主要性能

（1）灵敏度；（2）线性范围。

提问：衔铁处于线圈中间对称位置时，怎样从图9-10中看出差动变压器的零点残余电压？

3．测量转换电路

图9-12差动整流电路

a）差动整流电路b）第一个二次侧的整流波形

c）第二个二次侧的整流波形d）a、b两点的对地电压差

练习：当被测工件的直径等于设定的标准直径时，调节RP时差动整流的输出为零。上述调零步骤之后，当被测工件的直径小于设定的标准直径时，画出U ab的波形。

任务二电感式位移传感器测量小位移

一、电感式测微器

图9-13 轴向电感式测微器及测微仪

a）测微器结构b）模拟指针式测微仪外形c）数字式测微仪外形

d）测微器在工件直径测量中的使用

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－基准面二、圆度测量

图9-14圆度测量

a）被测轴类工件b）计算机处理结果c）圆度测量仪外形

1－被测物2－耐磨测端3－电感式传感器

提问：圆度的单位是毫米还是米？

三、工件截面轮廓测量

图9-15电感式工件表面轮廓测量仪原理图

提问：工件表面轮廓测量的单位是微米还是米？

项目二涡流式小位移传感器【项目教学目标】

☞知识目标

了解位移传感器的标定方法。

☞技能目标

掌握涡流式小位移传感器测量转速的原理。

任务一 涡流式位移传感器测量小位移

一、轴向位移的监测

图9-16 汽轮机主轴轴向位移的监测

1－旋转设备（汽轮机） 2－主轴 3－刚性联轴器 4－涡流式位移传感器探头 5－夹紧螺母

6－涡流式传感器支架 7－发电机 8－基座

提问：当图9-16中的涡流式位移传感器探头与被测联轴器的间隙为设定的标准间隙时，涡流式位移传感器的输出电压应该调节为多少？

二、转速测量

z

f

n 60

= （9-3）

图9-17 涡流式转速测量方法

a ）带有凹槽的转轴及输出波形

b ）带有凸起的转轴及输出波形

1－传感器 2－被测物

例9-1 用图9-17b 中的涡流式位移传感器测得T =20ms ，求：转轴的转速n 为多少转每分钟？

解 f =1/T =1/20ms=50Hz ，z =8，所以转速

50

60

=60r/min =375r/min 8

f n z =⨯。 提问：为什么图9-17中的输出波形不是正弦波？

项目三 接近开关