项目6差动变压器位移传感器的安装与测试

图6-19差动变压器实训模块
• 实训实训步骤： • 根据图6-20，将差动变压器装在差动变压器实训模块上。
图6-21 双线示波器与差动变压器连接示意图
• 2.在模块上按照图6-21接线，音频振荡器信号必须从主控箱 中的LV端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为 5~10KHz（可用主控箱的数显表的频率档fi输入来监测，实训 中可调节频率使波形不失真）。调节幅度使输出幅度为峰-峰 值Vp-p=2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div、Y轴CH1为 1V/div、CH2为0.2v/div）。判别初次级线圈及次级线圈同名 端方法如下：设任一线圈为初级线圈（1和2实训插孔作为初 级线圈），并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图6-21 接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈 波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本 上能过零点(即3和4实训插孔)，而且相位与初级线圈波形 （LV音频信号Vp-p=2V波形）比较能同相和反相变化，说明 已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连 接再判断直到正确为止。图中（1）、（2）、（3）、（4） 为模块中的实训插孔。）
项目小结
• 电感传感器利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自 感量或互感量的变化，进而由测量电路转换为电压或电流 的变化量。电感式传感器种类很多，本项目主要介绍了自 感式、和变压器式（互感式）两种。 • 1.自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。按磁路 几何参数变化，自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺 管式三种，前两种属于闭磁路式，螺管式属于开磁路式。 其中自感式变间隙传感器有基本变间隙传感器与差动变间 隙式传感器。两者相比，后者的灵敏度比前者的高一倍， 且线性度得到明显改善。
项目拓展
• 四、电感式传感器的应用 • （一）自感式传感器的应用 1.自感式测厚仪
它采用差动结构，其测量电路为带相敏整流的交流电桥。 当被测物的厚度发生变化时，引起测杆上下移动，带动可动 铁心产生位移，从而改变了气隙的厚度，使线圈的电感量发 生相应的变化。此电感变化量经过带相敏整流的交流电桥测 量后，送测量仪表显示，其大小与被测物的厚度成正比。
UO Z Ui 2Z 0
图6-10 相敏检波输出特性曲线
二、差动变压器式传感器
• （一）差动变压器工作原理 • 如图6-11所示为螺线管式差动变压器的结构示意图。由图 可知，它主要由绕组、活动衔铁和导磁外壳等组成。绕组 包括一、二次绕组和骨架等部分。图6-12所示是理想的螺 线管式差动变压器的原理图。
• 3.旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vpp为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位 移，则另一个方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头， 每隔0.5mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入表6-1。 再从Vp-p最小处反向位移做操作，在操作过程中，注意左、 右位移时，初、次级波形的相位关系。 • 4．实训过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变 压器的零点残余电压大小。根据表6-1画出Vop-p-X曲线， 作出量程为±4mm、±6mm灵敏度和非线性误差。
• （1）初始平衡位置Z 0 Z0 U O VD VC Ui Ui 0 Z0 Z0 Z0 Z0
• （2）活动铁心向一边移动
Z U O VD VC 2Z 0
1 Z Ui Ui Z 2 2Z 0 1 ( ) 2Z 0
• （3）活动铁心向相反方向移动
• 2.位移测量
(a) 轴向Hale Waihona Puke Baidu测试头 ( b) 电感测微仪的原理框图 图6-23 电感测微仪及其测量电路框图 1—引线 2—线圈 3—衔铁 4—测力弹簧 5—导杆 6—密封罩 7—测头
（二）差动变压器式传感器应用实例
• 1. 振动和加速度的测量
• 2.力和压力的测量
图6-25 差动变压器式力传感器 图6-26 电感式微压力传感器 1—上部 2—衔铁 3—线圈 1—差动变压器 2—衔铁 3—罩壳 4—插头 4—变形部 5—下部 5—通孔 6—底座 7—膜盒 8—接头 9—线路板
一、自感式传感器
• （一）工作原理
• 按磁路几何参数变化，自感式传感器有变气隙式、变面积 式与螺管式三种，前两种属于闭磁路式，螺管式属于开磁 路式，如图6-2所示。
图6-2自感式电感传感器常见结构形式
• 1.变气隙式（闭磁路式）自感传感器
图6-3 变气隙式自感式传感器的结构原理图
• 2.螺线管式（开磁路式）自感式传感器
（二）差动变压器测量电路
• 1.差动整流电路
• 2.差动相敏检波电路
图4-18 差动相敏检波电路
正半周时等效电路
负半周时等效电路
• (3) 波形图
项目实施
• 三、差动变压器位移传感器的安装与测试 • 通过本实训项目的学习使大家了解差动变压器的工作原理 和特性。 • 本实训项目需用器件与单元：差动变压器实验模块、测微 头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡 器）、直流电源、万用表。如图6-19所示。
图6-11 螺线管式差动变压器结构示意图
图6-12 螺线管式差动变压器原理图
•零点残余电动势使得传感器在零点附近的输出特性 •为了减小零点残余电动势，可采用以下方法： • （1） 尽可能保证传感器尺寸、线圈电气参数和磁路对称。 • （2） 选用合适的测量电路。 •（3） 采用补偿线路减小零点残余电动势。
• 2.变压器式传感器把被测非电量转换为线圈间互感量的变 化。差动变压器的结构形式有变隙式、变面积式和螺线管 式等，其中应用最多的是螺线管式差动变压器。 • 3.电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量（如位 移、压力、流量、 振动等）转换成电感量的变化，再由 测量电路转换为电压或电流的变化量输出的一种传感器。 它优点很多，如结构简单、工作可靠、测量精度高、零点 稳定、输出功率较大等，不足之处是灵敏度、线性度和测 量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动 态测量。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显 示和控制, 在工业自动控制系统中被广泛采用。
图6-4 螺线管式自感式传感器的结构原理
图6-5 差动自感式传感器输出特性
（二）自感式传感器的测量电路
• 自感式传感器的测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐 振式等多种，常用的差动式传感器大多采用交流电桥式。 • 1.变压器交流电桥
L UO U2 2 L0

• 2.带相敏整流的交流电桥
项目6 差动变压器位移传感器 的安装与测试
• 项目描述 • 本项目要求安装与测试一台差动变压器式位移传感器。 • 互感型变压器传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感 现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用 两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。 差动变压器式传感器的优点是测量精度高，可达0.1μm， 线性范围大，可到±100mm，稳定性好，使用方便。因 而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、 重量等参数的测量。 • 知识和能力目标； • 掌握自感式电感传感器基本结构、工作原理。 • 掌握互感式电感传感器基本结构、工作原理。 • 掌握差动电感工作方式的特点。 • 了解电感传感器的测量转换电路组成及其工作原理。 • 能正确分析由电感传感器组成的检测系统工作原理 。