发布时间 : 星期六 文章第三章电感传感器第一讲自感与互感传感器更新完毕开始阅读071ba03c580216fc700afda4
2、相敏检波电路： 在桥路的输出端接上普通仪表，显示不出相位和衔铁的位移方向如果输出电压在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。 相敏检波电路的输出电压为直流，其极性由输入电压的相位决定。当衔铁向下位移时，检流计的仪表指针正向偏转。当衔铁向上位移时，仪表指针反向偏转。采用相敏检波电路，得到的输出信号既能反映位移大小，也能反映位移方向。在下一节内容详细学习。 第二节 差动变压器传感器 【本节内容设计】 因螺线管式差动传感器在工业测量应用较多，所以重点学习螺线管式差动变压器的工作特性、相敏检波电路。最后学习自感传感器在工业检测中的应用。为实际检测与测量工程做知识与技能的储备。 【授课内容】 一、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。 差动变压器结构示意图及外形图 1－一次线圈 2－二次线圈 3－衔铁 4－测杆 二、结构特点： 两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式。二次线圈线圈N21、N22的有关端点正确地连接起来中间初级，两边次级铁芯在骨架中间可上下移动 这种传感器根据变压器的基本原理制成，并将次级线圈绕组用差动形式连接它可测量1—100mm范围内机械位移。 三、灵敏度 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。 线性范围 差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。能达到100mm以上。 四、测量转换电路 差动变压器的输出电压是交流分量，它与衔铁位移成正比，其输出电压如用交流电压表来测量时，无法判别衔铁移动的方向。 解决办法： （1）采用差动相敏检波电路 （2）采用差动整流电路 1、差动整流电路： 差动变压器的二次电压、分别经VD1～VD4、VD5～VD8两个普通桥式电路整流，变成直流电压Ua o和Ubo。由于Ua o与Ubo是反向串联的，该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。Uc3=Ua b=Ua o-Ubo 铁芯T在中间位置：U0 = 0 T上移： U0 ＞ 0 T下移： U0 ＜0 2、RP的作用： RP用来微调电路平衡的。 3、低通滤波电路： Ｃ3、Ｃ4、Ｒ3、Ｒ4组成低通滤波电路，其时间常数τ必须大于Ｕi周期的十倍以上。 4、差动减法放大器： A及R 21、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。 b图是当衔铁上移时的各点输出波形。当差动变压器采用差动整流测量电路时，应恰当设置一次线圈和二次线圈的匝数比，使、在衔铁最大位移时，仍然能大于二极管死区电压（0.5V）的10倍以上，才能克服二极管的正向非线性的影响，减小测量误差。 第三节 差动传感器的应用 【本节内容设计】 学习自感传感器在工业检测中的应用。一次仪表变送接线。为实际检测与测量工程做知识与技能的储备。 【授课内容】 自感式电感传感器和差动变压器式传感器主要用于位移测量，凡是能转换成位移变化量的参数，如力、压力、压差、加速度、振动、工件尺寸均可测量。 一、位移测量测量过程 测量时红宝石（或钨钢）测端接触被测 被测物尺寸的微小变化使衔铁在差动线圈中产生位移，造成差动线圈电感量的变化 此电感变化通过电缆接到交流电桥，电桥的输出电压反映了被测体尺寸的变化 测微仪器的最小量程为?3μm。 二、电感式滚柱直径分选装置 测量过程 振动料斗送来的滚珠按顺序进入落料管5. 电感测微计的测杆在电磁铁控制下，先提高，汽缸推杆3将滚珠推入测杆正下方，电磁铁释放，钨钢测头7向下压住滚珠。滚珠的直径决定了衔铁的位移量。电感传感器的输出信号经相敏检波后送到计算机，计算出直径的变差量。 三、电感传感器在仿形机床中的应用 测量过程 电感测微器的硬质合金端与标准凸轮外表轮廓接触。 当衔铁不在差动电感线圈的中间位置时，测微器有输出。 输出电压经伺服放大器放大后，驱动伺服电动机正转或反转，带动龙门框架上移或下移。 四、电感式不圆度计 测量过程： 该圆度计采用旁向式电感测微头，采用钨钢或红宝石，固定测头，工件围绕测头旋转并与测头接触，通过杠杆将位移传递给电感测头的衔铁，从而使差动电感有相应的输出。 五、压力测量 测量过程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。适用于各种生产流程中液体、水蒸气及气体压力。 被测气体未导入，膜盒2无位移，活动衔铁在差动线圈的中间位置，因而输出电压为零。 被测压力从输入口1到膜盒2，自由端产生一个正比于被测压力的位移，测杆使衔铁向上移动，在差动变压器二次线圈产生感应电动势发生变化有电压输出，此电压经过安装在印制电路板4上的电子线路处理后，送到二次仪表加以显示。 六、一次仪表与4～20mA二线制输出方式一次仪表与4～20mA二线制输出方式1、一次仪表：前述的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，并安装在检测现场，在工业中经常被称为一次仪表。2、一次仪表的输出：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。旧标准：0～10mA或0～2V。 新的标准规定电流输出为4～20mA；电压输出为1～5V。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。 3、本底电流： 不让信号占有0～4mA这一范围的原因以及“本底”电流：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（称为“本底”电流），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。4、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。 5、电流与电压的转换： 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。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。 [知识小结]: 1、自感式传感器的结构、工作原理。 2、差动变压器的结构、工作原理、测量电路重点掌握差动螺线管式电 感变压器。 3、掌握差动相敏检波电路相关知识。 4、一次仪表变送的接线 5、电感传感器的应用 使学生能够会使用相关的传感器。 [教学后记]:通过课堂习题的检验,作业的批改,第二堂课的提问,检验出学生对本节课的知识掌握良好,可以顺利地进行下一阶段的学习. [板书设计]:如下 第三章 电感传感器 第一节 自感传感器传感器 一、变隙式传感器 二、变面积式传感器 三、螺线管式传感器 四、差动传感器 五、相敏检波电路 第二节差动式互感传感器 三、灵敏度与线性度 知识小结