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* * * * * * * * * * * 《自动检测技术》 项目三 数控机床的位移检测系统任务4 电感式传感器 自动检测技术 项目描述 自动检测技术 电感式传感器是建立在电磁感应的基础上，利用线圈自感或互感 的改变来实现非电量的检测。 电磁感应 被测非电量 自感系数L 互感系数M 测量电路 U、I、f 掌握本项目需要元件的工作原理及作用； 掌握利用自感原理的自感式传感器； 掌握利用互感原理的互感式传感器； 掌握利用涡流原理的电涡流式传感器。 学习目标 自动检测技术 教学方法概述 本项目采用一体化教学方法，即：“六步教学法”，具体包括的内容： 资讯（项目实施有关的理论知识准备） 计划（讨论策划项目实施方案） 决策（讨论确定最优实施方案） 实施（根据实施方案进行项目实施） 检查（对完成的项目进行检查） 评估（成员自评、小组互评及教师点评） 自动检测技术 自感式传感器 资讯——知识准备 自感式传感器是把被测量的变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。 按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有变气隙式、变截面积式和螺线管式三种。 自动检测技术 自动检测技术 自感式传感器的原理图 4.1工作原理 自动检测技术 如果空气隙δ较小，且不考虑磁路的铁损，则线圈的自感可按下式计算： 因为导磁体的磁导率远大于空气磁导率，即气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，所以线圈的自感为 4.1工作原理 自动检测技术 差动变隙式电感传感器的原理结构图 4.1工作原理 自动检测技术 差动变隙式自感传感器的工作原理如下: ① 初态时：若结构对称，且动铁居中，则 ② 动铁上移时：则 ︱ 4.1工作原理 自动检测技术 ③ 动铁下移时：同理可得 动铁位移时，输出电压的大小和极性将跟随位移的变化而变化。输出电压不但能反映位移量的大小，而且能反映位移的方向。 输出电压正比于2△I，因而灵敏度较高，非线性减小。 4.1 工作原理 自动检测技术 比较单线圈和差动两种变隙式电感传感器的特性，可以得到如下结论： 差动式比单线圈式的灵敏度高1倍。 差动式的非线性得到明显改善。 4.2 测量电路 自动检测技术 自感式传感器实现了把被测量的变化转变为自感的变化，为了测出自感的变化，同时也为了送入下级电路进行放大和处理，就要用转换电路把自感转换为电压或电流的变化。一般，可将自感变化转换为电压(电流)的幅值、频率、相位的变化，它们分别称为调幅、调频、调相电路。 在自感式传感器中一般采用调幅电路，调幅电路的主要形式有变压器电桥和交流电桥。 4.2 测量电路 自动检测技术 1. 变压器电桥 4.2 测量电路 自动检测技术 ① 初态时：由于动铁居中即 ， ，说明电桥处于平衡状态。 ② 动铁芯上移时：则 代入式得 ③ 动铁芯下移时：同理可得 输出电压的大小反映动铁位移的大小，输出电压的极性反映动铁位移的方向。 4.2 测量电路 自动检测技术 2. 带相敏整流的交流电桥 基本测量电桥输出特性曲线 接成差动形式的电桥，当铁心处于平衡位置时，输出电压不为零，而是一个很小的数值ΔU0，这个值称为零点残余电压。 4.2 测量电路 自动检测技术 零点残余电压形成的原因： 两线圈等效参数（R、L）不对称； 工作电压中含有高次谐波； 磁路本身存在非线性（铁心材料磁化曲线弯曲部分）； 存在寄生参数； 工频干扰 危害： 灵敏度↓ 非线性误差↑ 放大器饱和 4.2 测量电路 自动检测技术 零点残余电压的消除： 提高线圈及其骨架的对称性； 减少电源中的谐波成分； 选择理想的磁性材料，适当降低线圈的激励电流，使衔铁尽可能工作在磁化曲线的线性区； 采用适当的补偿电路（Rp、RC等)； 4.2 测量电路 自动检测技术 4.2 测量电路 自动检测技术 带相敏整流的交流电桥 为了既能判别衔铁位移的大小，又能判断出衔铁位移的方向，通常在交流测量电桥中引入相敏整流电路，把测量桥的交流输出转换为直流输出，而后用零值居中的直流电压表测量电桥的输出电压。 4.2 测量电路 自动检测技术 ①当衔铁处于中间位置时，即Z1=Z2=Z，由于桥路结构对称，此时UB=UC，即Uo=UB－UC=0。 ②当衔铁上移时，Z1增大，Z2减小，即Z1=Z+?Z，Z2=Z-?Z 。 如果输入交流电压为正半周，电路中二极管VD1、VD4导通，VD2、VD3