第03章：电感式传感器50页

10—测端 11—被测工件
12—基准面
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二、电感式滚柱直径分选装置
图3-14 滚柱直径分选装置
1—气缸 2—活塞 3—推杆 4—被测滚柱 5—落料管
6—电感测微器 7—钨钢测头 8—限位挡板 9—电磁翻板
第三章 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。
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第一节 自感式传感器
先看一个实验：
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。
电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈（又称为初 级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈 加全上波交整流流激电磁路电中压，两Ui后个，二将次在线二圈次串线联圈，中总产电生压感等应于电两压个U二O。次在线 圈的电压之和。
＋
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。
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。
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。
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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。
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图3-7 相敏检波输出特性曲线
a）非相敏检波 b）相敏检波
02.03.2021 1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
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实测得到的 相敏检波电路
的特性曲线
通过调零 电路，可使输 出曲线平移到 原点。
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标定位移时的实验数据及曲线
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第二节 差动变压器式传感器
I U U U (31)
Z X L 2 fL
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自感式电感传感器常见的形式
变隙式
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变截面式
螺线管式
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电感量计算公式 ：
L N20 A 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。
一、位移测量
轴向式电感 测微器的外形
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航空插头
红宝石测头
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其他电感测微头
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模拟式及数字 式电感测微仪
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轴向式电感测微器的内部结构
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
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差动式电感传感器的特性
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 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 为非差动式电感传感器的两倍。
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测量转换电路
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差动电感传感器的特点
在变隙式差动电感传感 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 减小，形成差动形式。
曲线1、2为L1、L2 的特性， 3为差动特性
1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件
请分析：灵敏度、 线性度有何变化
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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。
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第 一、二 节作业
P56，第3题
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第三章：第三节 电感式传感器的应用
差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的 1/10左右。
例：欲测量20mm2mm轴的直径误 差，应选择线圈骨架长度为多少的差动变 压器（或电感传感器）为宜 ？
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测量电路
（以差动整 流为例）
若Ｃ1、Ｃ2
虚焊，Ua
、
o
Ub
将变成什么
o
波形？
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差动整流的特点
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），还可以反映位移的方向。
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电感传感器的基本工作原理演示
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
准备工作
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220V
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电感传感器的基本工作原理演示
F
气隙变小，电感变大，电流变小
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电感传感器的基本工作原理
当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也 较大，线圈的电感量L和感抗XL 较小，所以 电流I 较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电 感变大，电流减小。
差动变压器的结构原理如图3-8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3-9。图中标有黑点的一端称为同名端，通
俗说法是指线圈的“头”。
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差动变压器式传感器的等效电路
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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。