第十二章 感应同步器及应用
第十二章感应同步器及应用§1 感应同步器的结构和特点一、结构感应同步器是一种将直线位移或转角位移转化成电信号的传感器。
从原理上看，它与我们前面讲到的旋转变压器并无实质的区别，但是从结构上看，则与旋转变压器（及一般的其他控制电机）大不相同。
无论哪一种感应同步器，其结构都包括固定和运动两部分。
它的可动部分与不动部分上的绕组不是安装在圆筒形和圆柱形的铁心槽内，而是用绝缘粘合剂把铜铂粘牢在称为基板的金属或玻璃平面的薄板上，利用印刷、腐蚀等方法制成曲折形状的平面绕组，其工艺过程与电子工业中的印刷电路相同，故称为印刷绕组。
感应同步器按其运动方式和结构形式的不同，可分为圆盘式（或称旋转式）和直线式两种，前者用来检测角位移，后者用来检测直线位移。
但无论是哪种感应同步器，其工作原理都是相同的。
二、特点1．具有较高的精度和分辨力①感应同步器可以不经任何机械传动直接测量仪器或机床的线位移或角位移，所以其测量精度首先取决于感应同步器本身的加工精度，这可由加工精度来保证。
②长感应同步器的基板与安装部件材料相近，热膨胀系数相近，圆感应同步器的基板受热后各方向的膨胀对应于圆心，所以温度变化对其影响不大。
③感应同步器的极对数很多，不是几十，而是几百上千，这样多的极对数同时参加工作，误差的平均效应减小了局部误差的影响。
④感应同步器的分辨率取决于原始信号质量与电子细分电路的信噪比及电子比较器的分辨率，前者可通过控制印刷电路绕组的加工精度、稳定激磁电压、限制气隙变化等措155施来解决，后者可通过线路的精心设计和采取严密的抗干扰措施来解决。
目前长感应同步器的精度可达到±1.5μm，分辨率0.05μm，重复性0.2μm，直径为300mm（12英寸）的圆感应同步器的精度可达±1″，分辨率0.05″，重复性0.1″。
这些性能，旋转变压器是达不到的。
2．抗干扰能力强感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置量相对应的单值电压信号，因而不受瞬时作用的偶然干扰信号的影响。
平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。
3．使用寿命长、维护简单：定尺和滑尺、定子和转子互不接触，没有摩擦、磨损，所以使用寿命长。
它不怕油污、灰尘和冲击振动的影响，不需要经常清扫。
但需装设防护罩，防止铁削等进入其气隙。
4．可以作长距离位移测量可以根据测量长度的需要，将若干根定尺拼接。
拼接后总长度的精度可保持（或稍低于）单个定尺的精度。
目前几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量，大多采用感应同步器来实现。
5．艺性好、成本较低、便于复制和成批生产。
由于感应同步器具有上述优点，直线式感应同步器目前被广泛应用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床及高精度重型机床及加工中的测量装置、自动定位装置等。
圆感应同步器被广泛地用于机床和仪器的转台，各种回转伺服系统以及导弹制导、陀螺平台、射击控制、雷达天线的定位等。
§2 感应同步器的工作原理一、工作原理感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置而变化的原理而进行工作的。
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，定尺上是连续绕组，滑尺上是分段绕组，滑尺为正余弦绕组。
其绕组布置如图12–1所示。
滑尺上展开分布着两个印刷电路绕组，每个节距相当于绕组空间分布的周期，又称极距，一般为2mm，用2τ表示。
滑尺与定尺相互面向平行安装，两者保持0.2mm左右距离。
感应同步器的工作原理如图12-2所示。
当定尺绕组加以频率为f，幅值恒定的交流激磁电流I（或电压）时，滑尺156157两绕组将产生与激磁电流频率相同、幅值随两尺相对位置而变化的感应电势e ，滑尺某一绕组与定尺绕组完全重合时，磁通耦合度最大，故该滑尺感应的电势最大；两绕组错开1/4节距（即1/4*2τ=0.5τ）时，滑尺耦合的正负磁通互相抵消，感应电势为零；互相错开1/2节距时，感应的电势与绕组重合时的感应电势幅值相同而相位相反。
设定尺激磁电压u 0=U m sin ωt ，绕组在图12-2所示位置时为位移x 的零点，则绕组A 的感应电势为U A =kU 0cos θ=kU m sin ωt cos θ （1）式中，k 为耦合系数，相移θ由下式决定：θ= 2π*x/2τ=πx/τ （2）故绕组A 称为余弦绕组。
同理，绕组B 的感应电势为U B =kU 0sin θ=kU m sin ωt sin θ （3）故绕组B 称为正弦绕组。
上述输出信号是各极输出信号的平均结果，误差可以得到均衡补偿，故精度较高。
二、感应同步器的工作方式有了两相输出，便能确切的反映一个空间周期的任何角度位移的变化。
为了输出角度图12-2 感应同步器工作原理图12-1 感应同步器绕组布置158 和位移，需要对输出信号进行处理。
根据不同的激磁方式，感应同步器有两种工种方式：幅值工作方式和相位工作方式。
（一）幅值工作方式幅值工作方式的原理是利用感应同步器的输出电势的幅值随着定尺与动尺之间的相对位移而呈正弦或余弦函数规律变化的原理进行工作的。
1．对定尺激磁的方式设定尺激磁电压 u 0 = U m sin ωt ， 则绕组的A 感应电势为u A = ku 0cos θ=kU m sin ωt cos θ 绕组B 的感应电势为u B = ku 0sin θ=kU m sin ωt sin θ 定尺激磁时，绕组A 、B 的感应电势表达式为式（1）和（3）所示。
通过解调电路将它们解调之后可得到12–3图所示的正、余弦电压，用鉴零电路在每个过零点形成一个脉冲，则每出现一个脉冲，相当于滑尺移过τ/2节距。
用计数器对脉冲进行计数，就可以得到总的移动距离。
由两曲线的相对关系还可判断运动方向：如正走时为u A 超前于u B 。
则反走时u B 超前于u A 。
2．对滑尺两绕组激磁的方式若在A 、B 两绕组上加以频率和相位相同，但幅值为某一已知角度θ1的正弦和余弦函数的激磁电压，即u A = U m sin θ1sin ωt u B = U m cos θ1sin ωt则因感应同步器工作在线性状态，定尺绕组感应电动势为U A ，U B 单独激磁时感应电势的叠加。
当滑尺右移θ度时，有u 0 = k u A cos θ-k u B sin θ= k(U m sin θ1sin ωt) cos θ–k(U m cos θ1sin ωt) sin θ = kU m sin ωt sin(θ1-θ) （4）图12-3 定尺激磁的正、余弦电压其中θ为滑尺相对于定尺的相移。
θ与x有关，θ=πx/τ，故为滑尺移动某一距离x 后对应的相角。
如果θ1对应于指令位移x1，同样因有θ1=πx1/τ，故式（4）反映了位置误差（x1- x），当负载位移未达到指令要求值时，x1≠x时，定尺感应电势u0≠0，该电势经检波放大成直流信号控制伺服电机工作，带动负载移动，直至x1=x时，θ1=θ使u0 = 0为止。
式（4）是鉴幅工作方式的基本方程式。
当x1= x时，u0 = 0，鉴幅方式使用时就是利用这一特点，因此鉴幅工作方式也可以称为鉴零工作方式。
运动方向的判别：滑尺右移时，u0表达式见式（4）；若指令位移为–θ1，则u0 =–kU m sinωt sin(θ1–θ)。
故若u0以U m sinωt为基准进行相敏检波，即可控制运动方向。
（二）相位工作方式若在滑尺A、B两绕组上加以频率和幅值相同，但相位差90º的交流激磁电压，即u A = U m sinωt，u B = U m cosωt又设起始时绕组A与定尺绕组重合，则当滑尺移动时，定尺上感应的电势为u0 = kU m sinωtcosθ+ kU m cosωtsinθ= kU m sin（ωt+θ）可见，定尺感应电势u0的相移θ与滑尺的直线位移x有严格的比例关系，可通过相移测量求得滑尺的直线位移。
上式与旋转变压器一样，利用输出电压与输入电压的相位差θ角测量位移，这就是鉴相工作方式的感应同步器的工作原理，感应同步器的定、滑尺之间的相对位移被变换成输出电势的相位差，两者成线性关系。
§3 感应同步器应用系统一、在机械加工中的应用各种金属切削机床，特别是大型和重型机床，在加工大尺寸的工件和进行特殊加工工艺时采用感应同步器与数字显示装置组成的成套测量装置，可以大大提高加工精度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高生产效率。
这种与感应同步器配套使用的数字显示装置，称为数码显示表。
它即向感应同步器提供所需要的激磁电压，又可将感应同步器输出的电势所反映的位移量用数字显示出来，使用方便直观，在机械加工工业中已得到越来越广泛的应用。
例如，大型和重型立式车床，因加工工件的尺寸大，所用的量具不但体积大而且相当笨重，常用的游标卡尺一般重约十159几公斤，有的甚至重达四十公斤，既消耗体力大，又不易测量准确。
如果采用数码表检测装置，就可解决上述问题。
具体的方法是利用两套直线式感应同步器和数显表分别作为水平和竖直两坐标位移测量装置。
安装方式只要便于安装即可。
例如可将一台感应同步器的定、滑尺分别安装在横梁和右垂直刀架的溜板上，另一台感应同步器的定、滑尺分别安装在右垂直刀架的滑枕和滑座上。
这样当右垂直刀架移动时，便可由安装在操纵台上的两台数显表分别读出水平和垂直的两坐标的位移量。
按感应同步器的工作方式不同，数显表也可分为鉴幅型和鉴相型两大类。
1．普通鉴幅型数显表图12-4 鉴幅型数显表工作原理方框图普通鉴幅型数显示表的工作原理如图12–4所示。
设开始时，感应同步器的θ=θ1，定尺输出电压u0 = 0，系统处于平衡状态。
当滑尺移动后，θ≠θ1，u0≠0，但由于u0很小，需经放大电路放大后才能实现控制，并经滤波电路将非工作频率的干扰波形滤掉后，与比较电路的基准电位比较。
当位移量超过一定值，例如超过0.01mm时，经放大滤波后的u0超过比较电路的基准电位，该电压经模数转换电路转换为脉冲，此脉冲进入显示计数器，显示出位移量0.01mm，同时又经数模转换电路改变励磁电压的幅角θ，使θ跟踪θ1，这样，当位移量每超过0.01mm,输出电压大于门槛电路的基准电位，模数转换电路便输出一个脉冲，数模转换电路也就改变θ一次。
显示计数器将脉冲累计起来，并读出位移总量。
图12-5 鉴相型数显表工作原理方框图2．普通鉴相型数显表普通鉴相型数显表的工作原理如图12–5所示。
两相励磁电压由励磁电源供给。
定尺输出电压经放大滤波后，与数字相位转换电路160161（脉冲移相器）的输出电压一起输入鉴相器。
设开始时，鉴相器两输入电压的相位相同，即θ=Φ，鉴相器没有输出，系统处于平衡状态。
当滑尺移动后，θ≠Φ，鉴相器有了输出，经相位数字转换器将其转换成脉冲，滑尺每移动一定距离，例如移动0.01mm ，相位数字转换电路将鉴相器的输出电压转换为一个脉冲，该脉冲又进入数字相位转换电路，使Φ跟踪θ。
简述感应同步器的应用特点
简述感应同步器的应用特点感应同步器是一种多线程同步机制，用于实现线程之间的协调与通信。
它的应用特点主要体现在以下几个方面。
感应同步器可以用于实现线程的互斥访问。
在多线程环境下，当多个线程并发访问共享资源时，可能会导致数据不一致或者出现其他错误。
通过使用感应同步器提供的互斥机制，可以确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源，从而避免了并发访问引发的问题。
例如，在生产者-消费者模型中，生产者线程和消费者线程需要互斥地访问共享的缓冲区，可以使用感应同步器来实现对缓冲区的互斥访问。
感应同步器可以用于实现线程的等待与唤醒。
在多线程环境下，有时候需要让某个线程等待其他线程的某个条件满足后再继续执行，或者唤醒等待的线程。
感应同步器提供了等待和唤醒的机制，可以方便地实现线程之间的协调。
例如，在生产者-消费者模型中，当缓冲区满时，生产者线程需要等待消费者线程将缓冲区中的数据消费掉后才能继续生产，可以使用感应同步器提供的等待和唤醒方法来实现。
感应同步器还可以用于实现线程的信号量控制。
信号量是一种经典的同步机制，用于控制对共享资源的访问。
感应同步器可以通过维护一个计数器来实现信号量的功能。
例如，可以使用感应同步器实现一个计数信号量，当计数器大于0时，表示资源可用，线程可以继续执行；当计数器等于0时，表示资源不可用，线程需要等待。
通过感应同步器提供的计数功能，可以方便地实现对共享资源的访问控制。
感应同步器还可以用于实现线程的阻塞与唤醒。
在多线程环境下，有时候需要让线程在某个条件满足之前一直处于阻塞状态，直到条件满足后才能被唤醒。
感应同步器提供了阻塞和唤醒的方法，可以方便地实现线程的阻塞与唤醒。
例如，在生产者-消费者模型中，当缓冲区为空时，消费者线程需要阻塞等待生产者线程生产数据后才能继续消费，可以使用感应同步器提供的阻塞和唤醒方法来实现。
总结起来，感应同步器是一种用于实现线程之间协调与通信的机制。
它具有互斥访问、等待与唤醒、信号量控制和阻塞与唤醒等特点。
感应同步器
控制元件
感应同步器的信号处理
• 单相激磁式 在单相绕组中加激磁电压 u Um sint。在正弦绕组s和余弦绕组c中的感 应电势分别为
es kUm sine cost ec kUm cose cost
然后将它们送入函数变压器或其它装置中进 行变换 ，再送入加法器相加后作为输出信号。
es es' ec kUm sine cost kUm cose sin t
e2 kUm sin(t e )
控制元件
感应同步器的信号处理
• 鉴幅型处理方式-鉴幅工作状态，根据输出信号的幅值 鉴别电角度θe。
• 单相激磁和两相激磁两种方式
• 两相激磁式 两相激磁电压的幅值要按一定规律变化， 具体加至正、余弦绕组的激磁电压为
e2 es' ec' kUm sin(e 1) cost
练习题 • 感应同步器有几种信号处理方式？简要说明工
作原理
控制元件
感应同步器编码装置
感应同步器把位移转换成模拟信号，而编码装置 的任务就是对模拟信号进行数字编码，编码装置 也叫数显表。
鉴相型数字编码装置 原理：鉴相工作状态时感应同步器输出的电压 信号的表达式为
瞬时值
有效值
Es
Em
s in e
U k
s in e
Ec
Em
c os e
U k
c os e
es
2Es cost
2Em sine cost
2
U k
sine
cost
ec
2Ec cost
2Em cose cost
感应同步器的原理及应用
感应同步器的原理及应用1. 什么是感应同步器感应同步器，又称为电感同步器或感应电机，是一种利用感应原理实现同步转速的电动机。
2. 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理是基于电磁感应现象。
当感应同步器的转子受到旋转磁场的作用，通过电感感应产生感应电流，进而产生旋转磁场，与定子磁场相互作用，使感应同步器能够按照旋转磁场的转速同步运转。
3. 感应同步器的结构组成感应同步器的结构主要包括定子和转子两部分。
3.1 定子定子是感应同步器的固定部分，由定子线圈和定子铁心组成。
定子线圈通电产生旋转磁场，从而通过感应作用引起转子运动。
3.2 转子转子是感应同步器的动态部分，由铁芯和导体线圈组成。
转子线圈通电时，产生电流，同时也会产生磁场，并与定子的磁场相互作用，从而实现同步运转。
4. 感应同步器的主要应用感应同步器广泛应用于各种机械设备和工业系统中，以下是几个主要的应用领域：4.1 电机驱动系统感应同步器通常用作电机驱动系统的电源，它能够提供高效率、可靠性和稳定性的转速控制。
在工业设备、机器人和家电等领域得到广泛应用。
4.2 电力系统感应同步器可用于电力系统的配电、传输和控制中。
它能够实现电能的传输与布局，提高电力系统的效率和稳定性。
4.3 可再生能源感应同步器在可再生能源领域具有重要作用，例如风力发电和水力发电。
通过控制感应同步器的转速，可以实现电力的高效转换和储存。
4.4 自动化控制感应同步器在自动化控制系统中也扮演重要角色。
它可以用于滑动门、电梯、智能家居等场景中，实现运动控制和位置感知。
4.5 交通运输感应同步器广泛应用于交通运输领域，如电动汽车、高铁和电动自行车等。
它们可以提供高效能源转换和精确控制，促进交通运输的发展和改善。
5. 总结感应同步器是一种利用感应原理实现同步转速的电动机，通过电磁感应现象使转子能够按照旋转磁场的转速同步运转。
感应同步器在电机驱动系统、电力系统、可再生能源、自动化控制和交通运输等领域有着广泛的应用。
自动控制元件—感应同步器
1）两相激磁式
给定激磁电压幅值如下
激磁 绕组
θ1 为指令位移角，是已知的。单相连续绕组的总 感应电势为
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9.3.3 感应同步器的信号处理方式
2）单相激磁式
给定激磁电压 在正弦绕组和余弦绕 组的感应电势分别为 送入函数变压器或 其他装置中处理 送入加法器相加后作为输出信号输出
0 m
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9.3.3 感应同步器的信号处理方式
0
L/2
L
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9.3.2 感应同步器的工作原理
三、关于感应同步器感应电势的几个结论 定义电角 θ e ，可将感应电势公式统一。 直线式感应同步器 旋转式感应同步器
2π π θe = x = x ( rad ) L τ 2π Ν π θ e = pθ = θ = θ = θ ( rad ) 2 τ τ
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9.3.2 直线感应同步器的工作原理
极距τ是相邻金属片中心线间的距离。
Vs
L W τ
W /4
L/ 4
节距 L=2τ， 也称检测 周期。
定尺 滑尺 sin cos
正弦绕组s和余弦绕组c相距(K+3/4)L 或(2K+3/2)τ
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• 感应同步器属于哪一类传感器？
• 线位移和角位移测量元件 • 基于电磁感应原理 • 结构型的测量元件 • 模拟型、数字型
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9.3.1 感应同步器的结构
直线式感应同步器
直线式感应同步器由 定尺和滑尺两部分组 成，滑尺比定尺短。
什么是感应同步器-感应同步器的结构与安装
什么是感应同步器?感应同步器的结构与安装感应同步器原理同旋转变压器，其输出电压随被测直线位移或角位移而转变。
感应同步器依据用途和结构特点分为直线式、旋转式两类。
直线式由定尺和滑尺组成，用以测量直线位移，用于全闭环伺服系统；旋转式由定子和转子组成，用以测量旋转角度，用于半闭环伺服系统。
1、感应同步器的结构1）直线感应同步器1-基板；2-绝缘层；3-绕组；4-屏蔽层直线感应同步器由定尺和滑尺组成。
定尺和滑尺的基体通常采纳厚度为10mm、与机床床身材料的热膨胀系数相近的钢板或铸铁制成，以减小与机床的温度误差。
平面绕组为铜箔，通常采纳厚度为0.05mm或0.07mm的纯铜箔，用绝缘粘结剂将铜箔热压粘结在基体上，经精密的照相腐蚀工艺制成所需印刷绕组形式。
在定尺绕组表面上涂上一层耐切削液的清漆涂层作为爱护层，以防止切削液的飞溅影响。
在滑尺绕组表面上贴一层带塑料薄膜的绝缘铝箔，以防止在感应绕组中因静电感应产生附加的容性电势。
“节距”是衡量感应同步器精度的主要参数。
标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距为2mm。
当需要增加测量范围时，可将定尺接长。
依据详细的使用状况，根据肯定的步骤和要求拼接定尺，全部定尺接好后，采纳激光干涉仪或量块加千分表进行全长误差测量，对超差处进行重新调整，使得总长度上的累积误差不大于单块定尺的最大偏差。
2）圆感应同步器1-转子基板；2-转子绕组；3-定子绕组；4-定子基板；5-绝缘层；6-屏蔽层（a）定子绕组（b）转子绕组转子绕组——连续绕组；定子绕组——分段式、两相正交（相差90°电角度）sin绕组、cos 绕组2、感应同步器的安装定尺安装在机床的不动部件上；滑尺安装在机床的移动部件上。
为防止切屑和油污浸入，一般在感应同步器上安装防护罩。
必需保持定尺和滑尺平行、两平面的间隙约为0.25±0.05mm。
保证定尺和滑尺在全部工作长度上正常耦合，削减测量误差。
感应同步器的工作原理
感应同步器的工作原理
感应同步器是一种电力传动装置，用于控制电力机械的旋转速度和方向。
其工作原理基于磁场感应和电动机的运动学原理。
感应同步器由两个电动机组成，一个称为感应电动机，另一个称为同步电动机。
感应电动机的转子由铜圆环和铁心构成，电感为整圆筒形；同步电动机的转子为大功率电动机，由多极磁铁和铁心构成。
当感应同步器的感应电动机运转时，电流在铜圆环中形成旋转磁场。
该旋转磁场引起在同步电动机的磁铁中产生磁场，在同步电动机中也产生旋转磁场。
由于同步电动机的转子具有多极磁铁，所以它的旋转速度是固定的，称为同步速度。
感应电动机的转速可能高于或低于同步速度，当它的转速低于同步速度时，它的旋转磁场和同步电动机的旋转磁场产生相互作用，从而产生转矩，使感应电动机逐渐加速。
一旦感应电动机达到同步速度，旋转磁场和同步电动机的旋转磁场就同步了。
感应同步器的转矩与铜圆环所产生磁场的强度成正比，因此，如果减小铜圆环内的电流强度，就可以减小感应同步器产生的转矩。
这种方法可用于控制电机的速度和方向。
总之，感应同步器的工作原理基于磁场感应和电动机的旋转速度的同步原理。
当
感应电动机的转速低于同步速度时，感应同步器会产生转矩，使电动机逐渐加速，直至达到同步速度。
使用感应同步器可以控制电动机的速度和方向，广泛用于工业和交通领域。
第十二章 感应同步器及应用
第十二章感应同步器及应用§1 感应同步器的结构和特点一、结构感应同步器是一种将直线位移或转角位移转化成电信号的传感器。
从原理上看，它与我们前面讲到的旋转变压器并无实质的区别，但是从结构上看，则与旋转变压器（及一般的其他控制电机）大不相同。
无论哪一种感应同步器，其结构都包括固定和运动两部分。
它的可动部分与不动部分上的绕组不是安装在圆筒形和圆柱形的铁心槽内，而是用绝缘粘合剂把铜铂粘牢在称为基板的金属或玻璃平面的薄板上，利用印刷、腐蚀等方法制成曲折形状的平面绕组，其工艺过程与电子工业中的印刷电路相同，故称为印刷绕组。
感应同步器按其运动方式和结构形式的不同，可分为圆盘式（或称旋转式）和直线式两种，前者用来检测角位移，后者用来检测直线位移。
但无论是哪种感应同步器，其工作原理都是相同的。
二、特点1．具有较高的精度和分辨力①感应同步器可以不经任何机械传动直接测量仪器或机床的线位移或角位移，所以其测量精度首先取决于感应同步器本身的加工精度，这可由加工精度来保证。
②长感应同步器的基板与安装部件材料相近，热膨胀系数相近，圆感应同步器的基板受热后各方向的膨胀对应于圆心，所以温度变化对其影响不大。
③感应同步器的极对数很多，不是几十，而是几百上千，这样多的极对数同时参加工作，误差的平均效应减小了局部误差的影响。
④感应同步器的分辨率取决于原始信号质量与电子细分电路的信噪比及电子比较器的分辨率，前者可通过控制印刷电路绕组的加工精度、稳定激磁电压、限制气隙变化等措155施来解决，后者可通过线路的精心设计和采取严密的抗干扰措施来解决。
目前长感应同步器的精度可达到±1.5μm，分辨率0.05μm，重复性0.2μm，直径为300mm（12英寸）的圆感应同步器的精度可达±1″，分辨率0.05″，重复性0.1″。
这些性能，旋转变压器是达不到的。
2．抗干扰能力强感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可以给出仅与位置量相对应的单值电压信号，因而不受瞬时作用的偶然干扰信号的影响。
感应同步器
p N / 2 2 L
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9.3.2 感应同步器的工作原理—旋转
• 感应电势的瞬时值 领先激磁电压90°。 若激磁电压为
u 2U sin t U m sin t
es 2 E0 m sin
2 cos t L
L/2
ec 2 E m cos
9.3.2 感应同步器的工作原理—直线
定尺 V2 滑 尺 位 置 A 1 L B 4 1 C L 2 3 D L 4 E L A M O C B C D N E 正弦绕组 P x
余弦绕组
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9.3.2 感应同步器的工作原理—直线
V2
A M O B 余弦绕组 C N D
•定尺绕组通1-10kHz交流 电激磁 ， 产生一个多极 的脉振磁场， •磁极之间的距离是τ， 磁场分布周期是节距L。 •脉振磁场在滑尺绕组上 产生感应电势， 有效值 随滑尺位移作周期性变 化，周期为节距L。
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9.3.2 直线感应同步器的工作原理
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9.3.3 感应同步器的信号处理方式
鉴幅型处理方式—根据信号的幅值鉴别电角 1）两相激磁式
给Hale Waihona Puke 激磁电压幅值如下感应 绕组
激磁 绕组
1为指令位移角，是已知的。单相连续绕组的总感应电势为
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9.3.3 感应同步器的信号处理方式
2）单相激磁式
给定激磁电压 在正弦绕组和余弦绕组的 感应电势分别为 送入函数变压器或 其他装置中处理 送入加法器相加后作为输出信号输出
感应同步器尺在微网中的应用与研究
感应同步器尺在微网中的应用与研究随着能源需求的不断增长和可再生能源的推广，微电网作为一个独立的能源系统，正逐渐引起人们的关注。
微电网虽然规模小，但其具有可持续、灵活和可靠的特点，能够为小区、工业园区甚至整个城市提供电力。
在微电网的运行过程中，感应同步器尺被广泛应用，并且不断进行研究以提高整个系统的性能和稳定性。
感应同步器尺是一种将机械能转化为电能的设备。
它通过感应效应将微电网中的震动能或机械能转化为电能，并将之储存起来。
在微电网中，感应同步器尺主要应用于以下几个方面：1. 储能：在微电网中，能量的稳定供应是至关重要的。
感应同步器尺能够将微电网中的多余能量储存起来，以备不时之需。
当微网系统需要额外能量时，可以从感应同步器尺中提取能量，实现能量的平衡。
2. 震动能转化：微电网中存在的震动和机械能也可以通过感应同步器尺转化为电能，从而提高能源利用率。
例如，微网中的风力发电机、太阳能电池板等设备在工作时会产生震动和机械能，这些能量可以通过感应同步器尺捕捉并转化为电能，提供给微网系统使用。
3. 配电负荷平衡：微电网中通常会存在多个电源和负荷，不同电源的输出和负荷的需求往往难以完全匹配。
感应同步器尺通过储能的方法可以在系统负荷需求高峰期提供额外能量，以平衡微电网系统的供需关系，提高供电的稳定性。
在感应同步器尺在微网中的应用过程中，研究员们也在不断努力改进和优化技术，以提高整个系统的性能和可靠性。
1. 提高转化效率：感应同步器尺的转化效率直接影响微网系统的能源利用率。
研究人员通过优化感应同步器尺的结构和材料，改善其转化效率，使其更加高效地将机械能转化为电能。
2. 提高储能密度：感应同步器尺的储能密度也是研究的重点。
研究人员通过改变储能材料的性质、设计更合理的储能结构等方法，提高感应同步器尺的储能密度，以更有效地储存和释放能量。
3. 系统优化：除了感应同步器尺本身的优化外，研究人员还致力于对微电网系统整体进行优化。
2020年人教版高考物理一轮复习听课手册实验十二传感器的简单应用
听课手册实验十二传感器的简单应用2.了解传感器的简单应用•二、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等.三、实验原理1•闭合电路的欧姆定律•2•应用多用电表的“欧姆挡”进行测量和观察四、实验步骤（一）研究热敏电阻的热敏特性1•按图S12-1所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理•2•把多用电表置于“欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数.3•向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值.4•将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录.（二）研究光敏电阻的光敏特性图S12-21•将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图S12-2所示连接好电路，其中多用电表置于“欧姆挡”2•先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据•3•打开光源,让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录.4•用手掌（或黑纸）遮光时观察表盘指针显示的电阻值，并记录.五、数据处理（一）研究热敏电阻的热敏特性在图S12-3的坐标系中粗略画出热敏电图S12-3阻的阻值随温度变化的图线•实验结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，半导体热敏电阻也可以用作温度传感器.（二）研究光敏电阻的光敏特性根据记录数据分析光敏电阻的特性实验结论:光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.六、注意事项1•在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温，温度测量存在误差•2•光敏实验中，如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光强度，电阻值改变不明显易造成误差•3•欧姆表每次换挡后都要重新调零，测电阻时读数存在误差•实验热点探究o热点一热敏电阻的理解及应用例1 [2018 •全国卷]某实验小组利用如图S12-4甲所示的电路探究在25~80 C 范围内某热敏电阻的温度特性.所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻R T,其标称值（25 C时的阻值）为900.0 Q;电源E（6 V,内阻可忽略）;电压表V（量程150 mV）:定值电阻R0（阻值20.0 Q）,滑动变阻器R1（最大阻值为1000 Q）; 电阻箱R2（阻值范围0~999.9 Q）;单刀开关S1,单刀双掷开关S2.实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 C，将S2与1端接通, 闭合S1,调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变, 将R2置于最大值，将S2与2端接通调节R2,使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数.逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0C .实验得到的R2-t数据见下表.回答下列问题：⑴在闭合S I 前,图甲中R I 的滑片应移动到 ____________ (选填a ”或“端； (2) 在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R 2-t 曲线； (3) 由图乙可得到 R T 在25~80 C 范围内的温度特性.当t=44.0 C 时，可得R T =Q ;⑷将R T 握于手心，手心温度下R 2的相应读数如图丙所示，该读数为 __________ Q , 则手心温度为 ________ C .1000 K00 600 400 2000 20.0 40.0 60.0 HO.O 100.0 tlT.乙25. 30. 40. t/c0 0 0R 2/900 680 500 Q .0 .0 .0 50. 60. 70. 80.0 0 0 0390 320 270 240.0 .0 .0 .甲图S12-4变式题［2017 •江苏卷］某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图S12-5所示，继电器与热敏电阻R t、滑动变阻器R串联接在电源E两端, 当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约20 Q,热敏电阻的阻值R t与温度t的关系如下表所示.t/°C 30.40.50.60.70.80.0 KIOO xia丙图S12-5R t/ Q 199.5145.4108.181.862.949.1（1）提供的实验器材有：电源E i（3 V,内阻不计）、电源E2 （6 V,内阻不计）、滑动变阻器R1（0~200 Q）、滑动变阻器R2（0~500 Q）、热敏电阻R t、继电器、电阻箱(0~999.9 Q)、开关S、导线若干.为使该装置实现对30~80 C之间任一温度的控制，电源E应选用 __________ (选填E i”或E2”，滑动变阻器R应选用______ (选填R i”或“”.(2) 实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图S12-6所示的选择开关旋至_______ (选填A”B”C”或D”图S12-6(3) 合上开关S,用调节好的多用电表进行排查.在图中若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针___________ (选填“偏转”或“不偏转接入a、c时指针(选填“偏转”或“不偏转”(4) 排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 C时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________ (填写各步骤前的序号).①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 QO热点二光敏电阻传感器的应用例2为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx).某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表：⑴根据表中数据，请在图S12-7的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点图S12-7(2)如图S12-8所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)图S12-8提供的器材如下：光敏电阻R（符号亠）直流电源E（电动势3 V,内阻不计）;定值电阻:R i=10 k Q,R2=20 k Q,R3=40 k Q（限选其中之一并在图中标出）;开关S及导线若干.变式题一台臭氧发生器P的电阻为10 k Q当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R i对它进行控制,R i的阻值在有光照时为100 Q,黑暗时为1000 Q,允许通过的最大电流为3 mA;电源E的电压为36 V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100 Q,允许通过的最大电流为0.4 A;还有一个开关S和导线若干.臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图S12-9所示.图S12-9设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B（电路图画在虚线框内）.O热点三力学传感器的理解及应用传感器的一般应用模式：由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理.(如图S12-10所示)勒理逬息| •比学信息|血匚》生鞠仿息图S12-10工作过程：敏感元件将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量，如下•非电学物理量・敏感元件;*转换器件;•转换电路;・电学量:皆输出例3某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图S12-11所示.测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.请完成对该物体质量的测量：(1) 设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使调节范围尽可能大，在虚线框中画出完整的测量电路图.(2) 简要说明测量步骤，求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.图S12-11变式题材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小.若图S12-12甲为某压敏电阻在室温下的电阻一压力特性曲线，其中R F、R O分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值•为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力作用下的电阻值R F.请按要求完成下列问题丙图S12-12（1）设计一个可以测量处于压力作用下的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图（压敏电阻及所加压力已给出，待测压力大小为0.4 X102 N~0.8 X102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响），要求误差较小,提供的器材如下：A. 压敏电阻（无压力时阻值R o=6OOO Q）;B. 滑动变阻器R（总阻值约为200 Q）;C. 电流表A（量程0~2.5 mA,内阻约为30 Q）;D. 电压表V（量程0~3 V,内阻约为3 k Q）E. 直流电源E（电动势为3 V,内阻很小）;F. 开关S,导线若干.（2）正确接线后,将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是 1.33 mA,电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为 ________ V.⑶此时压敏电阻的阻值为 ____________ Q ；结合图甲可知待测压力的大小 F=N.（结果均保留两位有效数字） 课时巩固训练1. （多选）［2018 •聊城模拟］如图S12-13所示,R i 、R 2为定值电阻丄为小灯泡,R 3 为光敏电阻.当照射光强度增大时 A.电压表的示数增大 B.R 2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大2. 如图S12-14所示为某电容传声器结构示意图，膜片和极板组成一个电容器，当 人对着传声器讲话时，膜片会振动.若某次膜片振动时，膜片与极板距离减小，则在 此过程中 （ ）()图 S12-13图S12-14A. 膜片与极板所组成的电容器的电容变小B. 极板的带电荷量增大C. 膜片与极板间的电场强度变小D.电阻R 中无电流通过3. （多选）传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件•如图S12-15所示,图乙、 图丙中是两种常见的电容式传感器的示意图，现将图乙、图丙两种传感器分别接 到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验4. [2016・全国卷]现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的 温度达到或超过60 C 时，系统报警.提供的器材有：热敏电阻,报警器（内阻很小，流 过的电流超过I c 时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Q ）,直流电源（输出电压为 U,内阻不计）,滑动变阻器R i （最大阻值为1000 Q ）,滑动变阻器R 2（最大阻值为 2000 现象中正确的是A.当乙传感器接入电路进行实验时，若F 变小，则电流表指针向右偏B. 当乙传感器接入电路进行实验时 若F 变大，则电流表指针向右偏转C.当丙传感器接入电路进行实验时，若导电溶液深度h 变大,则电流表指针向左偏D.当丙传感器接入电路进行实验时 ，若导电溶液深度h 变小,则电流表指针向左偏Q）,单刀双掷开关一个，导线若干.在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V,l c约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60 C时阻值为650.0 Q.（1）完成图S12-16中待调节的报警系统原理电路图的连线.熬攒屯阻图S12-16（2）_________________________ 电路中应选用滑动变阻器（选填R1”或“”）.（3）按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为Q；滑动变阻器的滑片应置于______ （选填a”或b”端附近，不能置于另一端的原因是________ .②将开关向_______ （选填“C”或d”端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________ .（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用.5. 某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应” •现用如图S12-17所示的电路研究某长薄板电阻R x的压阻效应，已知R x的阻值变化范围为几欧到几十欧实验室中有下列器材：图S12-17A. 电源E（电动势3 V,内阻约为1 Q）B. 电流表A i（量程0~0.6 A,内阻r i=5 Q）C. 电流表A2（量程0~0.6 A,内阻r2~ 1 Q）D. 定值电阻R0=5 QE. 开关S,导线若干（1）为了比较准确地测量电阻R x的阻值，请完成虚线框内电路图的设计.（2）在电阻R x上加一个竖直向下的力F（设竖直向下为正方向），闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I i,A2的读数为|2,得R x= _________ .（用字母表示）（3）改变力的大小，得到不同的R x值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小得到不同的R x值,最后绘成的图像如图S12-18所示.除观察到电阻R x的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是 _____________ .当F竖直向下时,可得R x与所受压力F的数值关系是R x= _________ .rJJ「图S12-18。