螺线管式电感传感器

差动电感传感器的特性
请分析： 从曲线图可以看出， 与非差动电感传感器相 比较，差动式电感传感 器的灵敏度、线性度有 何变化？
曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性
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，则不但可以反映幅值 （位移的大小），还可以反映输出电压的相位 （位移的方向）。这种检波电路称为相敏检波 电路。
答：线圈骨架长度约为被测变化量的10倍左右，选 2mm×2=40mm。
测量电路
（以差动整 流为例）
图中的R P起什 么作用？
Ｃ1、Ｃ2虚焊，Ua o、 Ub o将变成什么波形？
测量电路
（以差动整 流为例）
复习电工知识： 全波整流电路中用到的“单相变压器” 有一个一次线圈，有两个二次线圈。 当一次线圈加上交流激磁电压Ui后， ＋ 将在二次线圈中产生感应电压UO。在全波整流 电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个 二次线圈的电压之和。
普通的全波整流电路及波形电路
只能得到单一方向的直流电，不能反映输 入信号的相位。
回顾一下
在模拟电子学中，采用两个参数完全相同的三 极管组成差动放大电路，可以克服温漂以及电源 不稳定等外界因数引起的输出电压漂移。
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差动电感传感器的特点
当衔铁偏离中间位 置时，两个线圈的电感 量一个增加，一个减小， 形成差动形式。
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， 1-差动线圈 2-铁心 衔铁承受的电磁吸力也 3-衔铁 4-测杆 5-工件 较小，从而减小了测量 误差。
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普通的全波整流电路及波形电路
只能得到单一方向的直流电，不能反映输 入信号的相位。
相敏检波输出特性曲线
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
实测得到的 相敏检波电路 的特性曲线
Leabharlann Baidu
通过调零 电路，可使输 出曲线平移到 原点。
标定位移时的实验数据及曲线
第二节
差动变压器传感器
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电感传感器的基本工作原理演示
F
准备工作
220V
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
回顾与总结
由电工知识可知，当铁心的气隙较大时， 磁路的磁阻Rm较大，线圈的电感量L和感抗 XL就较小，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。我们可以利用上述实验中自感量 随气隙而改变的原理来制作测量位移的自感 传感器 。
请将单相变压器的二次线圈N21、N22 的有关端点按全波整流电路的要求正确地 连接起来。
请将单相变压器的二次线圈N21、N22 的有关端点按全波整流电路的要求正确地 连接起来。 10V Uo =20V 10V
差动变压器的工作原理
差动变压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。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。 在差动变压器的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。图中标有黑 点的一端称为同名端，通俗的说法是指线圈的 “头”。
小贴士
电感传感器的衔铁 较重，响应较慢， 不宜用于快速动态 测量
。
上述3种电感传感器使用时，由于线圈中通有交 流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起 振动。温度升高时，线圈的尺寸增大，电感量随之 增大，将引起测量误差。 在实际使用中常采用差动形式，两个完全相同的 线圈共用一根活动衔铁，构成差动式电感传感器， 既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。 差动式电感传感器的结构如图3-3所示。
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第一节
自感传感器
电感传感器种类很多，可分为自感式和互感 量式两大类。人们习惯上讲电感传感器通常是 指自感传感器。
小实验
为了观察铁心气隙与电感的关系，我们先来做 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 3-1 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，将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。
差动变压器式传感器的等效电路及接线
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。
uo= u21-u22
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。 例：欲测量Φ120mm2mm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 ？
第三章 电感传感器
本章介绍电感传感器的类型、基本原理、特性 和应用。 电感传感器可以用于测量微小的位移以及与位 移有关的工件尺寸、压力等参数。 电感传感器种类很多，人们习惯上讲的电感传 感器通常是指自感传感器。而互感量传感器是利用 了变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动 变压器。 电感传感器属于接触式测量，需要 较大的驱动力。它的最大特点是分辨 力高，可达0.1μm。
U U U I 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
变截面式
螺线管式
1－线圈 2－铁心 3－衔铁 4－测杆 5－导轨 6－工件 7－转转轴
最常用的电感传感器 ——螺线管式电感传感器
单线圈螺线管式电感传感器的结构如图3-2c所示。 主要元件是一只螺线管和一根柱形衔铁。传感器工 作时，衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺线管 电感量的变化。电感量L在几毫米的范围内与衔铁 插入深度l1大致成正比。测量范围越大，分辨力越 低。