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1-差动线圈 2-铁心 3-衔铁 4-测杆 5-工件
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四、差动电感传感器的特性
2、特性 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。抵消温 度、噪声干扰，从而减小测量误差。 从灵敏度公式看出灵敏度为非差动2倍。
a)变隙式
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b)变截面式
c)单线圈螺线管式
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一、变隙式传感器 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。
仿形铣床外形
仿形头
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主轴
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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。
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电感式不圆度测试系统
旁向式钨钢或红宝石电感测微头 杠杆
测微仪器的最小量程 为 3μ m。
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航空插头 红宝石测头
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其它感辨头
模拟式及数字式 电感测微仪
该仪表各档量程 为±3、 ±10、 ±30、 ±100um
相应指示表的分 度值为0.1、0.5、1.5 um
分辨力达0.1um， 精度为0.1%左右。
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二、电感式滚柱直径分选装置
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第一节
自感式传感器
传感器工作原理： 电感量计算公式 ： 2 N 0 A L 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。
固定任意两个量就可以进行某一个量的
测量：变隙式、变面积式、螺线管式
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自感式电感传感器常见的形式
L K 2
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曲线1、2为L1、L2 的特性，3为差动特性 如图单线圈电感传感 器与差动式电感传感器 的特性比较，差动式电 感传感器的线性范围较 大。 结论：差动形式测量误差小、线性范围宽、灵 敏度大。
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五、测量转换电路 1、桥式测量转换电路
相邻两工作臂Z1、Z2是 差动电感传感器的两个线 圈阻抗。另两臂为激励变 压器的二次绕组。输入电 压约为 10V 左右，频率约 为数千赫，输出电压取自 A、B两点。阻抗为高品质 因数 L
第三章
章节导入：
电感式传感器
电感式传感器：利用线圈自感或互感量系数的变 化来实现非电量电测的一种装置。可以进行如力、压 力、压差、加速度、振动、工件尺寸均可测量。
本章要点：
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 差动螺线管式电感传感器。 3、掌握差动相敏检波电路以及一次仪表的相关知识。 4、电感式传感器的应用。
Q R
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201间位置时桥路平衡：
输出电压：Uo=0。 当衔铁下移时：
下线圈感抗增加，而上线圈感抗减小时。输出电压
绝对值增大，其相位与激励源同相。
输出电压：
L Uo 2 Ui L L Uo 2 Ui L
衔铁上移时：输出电压的相位与激励源反相。 输出电压：
2、Rp的作用：
Rp用来微调电路平衡的。
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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。
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二、差动变压器式传感器的差动连接方法
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
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差动变压器式传感器的差动连接方法
差动变压器的结构形式较多,应 用最多的是螺线管式差动变压器 结构： 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。
K
为初始气隙厚度 从公式看出：
-
L

L0为初始电感量
灵敏度与初始气隙厚度有关，呈非线性，测 量较小位移较精确，为减小误差实际测量多采用 差动形式。
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二、变面积式电感传感器的基本工作原理
线性区较小，灵敏度较低，使用少。
三、单线圈螺线管式电感传感器
单线圈螺线管式电感传感器，当衔铁工作在 螺线管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均 匀的，此时线圈电感量 L与衔铁插入深度 l大致成 正比。
（供气三联件）
气压表 （0.4MPa左右）
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导气管
储气罐
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三、电感传感器在仿形机床中的应用
1— 标 准 靠 模 样 板 2—测端（靠模轮） 3—电感测微器 4—铣刀龙门框架 5—立柱 6—伺服电动机
7—铣刀
8—毛坯
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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。
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：Uo = 0 T上移： Uo＞ 0 T下移： Uo ＜0
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相敏检波输出特性曲线
a）非相敏检波 1—理想特性曲线
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b）相敏检波 2—实际特性曲线
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第二节
差动变压器式传感器
一、差动变压器式传感器的结构与工作原理
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 圈加上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。 二次线圈 一次线圈 衔铁 测杆
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第三节
电感式传感器的应用
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。
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一、位移测量
轴向式 电感测微器的内部结构：
1—引线电缆 3—衔铁 2—固定磁筒 4—线圈
5—测力弹簧
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差动变压器式传感器的结构与工作原理
差动变压器的结构原理如图。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。图中标有黑点 的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头”。
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。
特点与应用范围：结构简单，制作容易，但 灵敏度稍低，适用于测量稍大一点的位移。
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四、差动电感传感器的特性
1、结构如图
差动电感传感 器的结构要求是两 个导磁体的几何尺 寸完全相同，材料 性能完全相同；两 个线圈的电气参数 （电感、匝数、直 流电阻、分布电容） 和几何尺寸完全相 同。
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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
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分析测量转换电路
1、差动整流电路：
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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。
次 级
初 级
衔 铁 骨架
次 级
初 级
次 级
次 级
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三、灵敏度与线性度
1、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。 2、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。