传感器及检测技术4

23
电感式滚柱直径分选装置（外形）
（参考中原量仪股份有限公司资料）
滑道 分选仓位
轴承滚子外形
2013-7-23
24
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
2013-7-23
滑道
25
三、电感式不圆度计原理
该圆度计采用旁向式电感测微头
2013-7-23 26
电感式不圆度测试系统
＋
请将单相变压 器二次线圈N21、 N22的有关端点按 全波整流电路的要 求正确地连接起来。
2013-7-23
12
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为一次 线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。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。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变 压器。 差动变压器的结构原理如图4-13所示。在线框上 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。理想差动变压器 的原理如图4-14。图中标有黑点的一端称为同名端， 通俗说法是指线圈的“头”。 2013-7-23 13
2013-7-23
44
第一节 当高频（100kHz左右）信号源产生 电涡流传感器工作原理
的高频电压施加到一个靠近金属导 根据法拉弟电磁感应定律,金属 电涡流效应演示 当电涡流线 导体置于变化的磁场中时,导体 体附近的电感线圈L1时，将产生高 圈与金属板的距 表面就会有感应电流产生.电流 频磁场H1。如被测导体置于该交变 离x 减小时，电 的流线在金属体内自行闭合,这 磁场范围之内时，被测导体就产生 涡流线圈的等效 种由电磁感应原理产生的旋涡状 电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向 电感L 减小，等 集肤效应与激励源频率f、工件的电 感应电流称为电涡流,这种现象 并不是均匀分布的，而只集中在金 效电阻R 导率、磁导率等有关。频率f越 增大。 称为电涡流效应. 感抗XL 的变化比 属导体的表面，这称为集肤效应 高，电涡流的渗透的深度就越浅， 集肤效应越严重。 （也称趋肤效应）。R 的变化 大 得
差动变压器式传感器的等效电路
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。
2013-7-23 14
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。
2013-7-23
39
4~20mA二线制仪表接线方法
4~20mA
2013-7-23
40
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 2~10V。
2013-7-23 41
本章作业
习题 P62 第1题、3题，4、 5题（选做）
如果控制上式中的i1、f、、、r(表面因素) 不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的 单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？
2013-7-23 38
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。
旁向式电感测微头
2013-7-23
27
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）
测量头
2013-7-23
旋转盘
28
不圆度测量打印
2013-7-23
29
四、压力测量
压力测量用的膜盒
膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是 一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两 侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能 够将压力变换为直线位移。
外界影响，如温度的变化、电源频率的变 曲线1、2为L1、L2 的特性， 3为差动特性 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。 从曲线图可以看出，差动式电感传感器的 线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为 1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件 非差动式电感传感器的两倍。
粗糙度测量结果打印（2）
2013-7-23
36
七、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。
7
自感式电感传感器常见的形式
三种传感器在使用中, 非线性误差较大,外界 会使输出产生误差,灵 敏度较小,实际应用常 采用差动式.
变隙式
2013-7-23
变截面式
螺线管式
8
在变隙式差动电感传感 差动电感传感器的特点 器中，当衔铁随被测量移动 而偏离中间位置时，两个线 圈的电感量一个增加，一个 从结构图可以看出，差动式电感传感器对 减小，形成差动形式。
•触针: 金刚石圆锥； •针尖圆弧半径：5μ m； •可存储500个粗糙度参数值及4组轮廓数据； •可进行粗糙度参数的打印； •可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复 杂表面进行测试；
2013-7-23 33
粗糙度仪外形
金刚石测头
2013-7-23
34
粗糙度测量结果打印（1）
2013-7-23
35
上节回顾:
1.电容传感器
本节主要内容:
1.电感传感器
2013-7-23 1
第4章
电感式传感器
本章学习自感式传感器和差 动变压器的结构、工作原理、测 量电路以及他们的应用，掌握一 次仪表的相关知识。
2013-7-23
2
第一节
先看一个实验：
自感式传感器
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4-1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，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，毫安表的读数只剩下十几毫安。
U U U I Z X L 2 fL
2013-7-23
(31)
6
电感量计算公式 ：
N 0 A L 2
2
N：线圈匝数；A ：气隙的有效截面积； 0 ：真空磁导率； ：气隙厚度。 请分析电感量L与气隙厚度及气隙的有效截
面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。
2013-7-23
2013-7-23
42
休息一下
2013-7-23
43
2.6
电涡流式传感器
电涡流在用电中是有害的，应尽量避免，如电机、 变压器的铁心用相互绝缘的硅钢片叠成，以切断电 涡流的通路；而在电加热方面却有着广泛应用，如 金属热加工的400Hz中频炉、表面淬火的2MHz高频 炉、烹饪用的电磁炉等。在检测领域，电涡流式传 感器结构简单，其最大特点是可以实现非接触测量， 因此在工业检测中得到了越来越广泛的应用。例如 位移、厚度、振动、速度、流量和硬度等，都可以 使用电涡流式传感器来测量。
2013-7-23
37
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。
航空插头
红宝石测头
18
2013-7-23
其他电感测微头
2013-7-23
19
模拟式及数字 式电感测微仪
2013-7-23
20
轴向式电感测微器的内部结构
1—引线电缆
3—衔铁 5—测力弹簧
2—固定磁筒
4—线圈 6—防转销
7—钢球导轨（直线轴承） 8—测杆 10—测端 12—准面
2013-7-23 21
上图中的RP是用来微调电路平衡的，
VD1~VD4、VD5~VD8组成普通桥式整流电路，
Ｃ3、Ｃ4、Ｒ3、Ｒ4组成低通滤波电路，Ａ1及 Ｒ21、Ｒ22、Ｒf、Ｒ23组成差动减法放大器，
用于克服a、b两点的对地共模电压。
2013-7-23 17
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
请分析：灵敏度、 线性度有何变化
2013-7-23 9
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 位移的大小（的幅值），还可以反映位移的 方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检 波电路。
2013-7-23 10
图3-7
相敏检波输出特性曲线
2013-7-23
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