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1、会计学1传感器第九章传感器第九章第一页，共61页。第一节第一节 电容式位移电容式位移(wiy)传感传感器器n n电容式位移传感器是根据被测物体的位移变化转换为电容器电容变化的一种电容式位移传感器是根据被测物体的位移变化转换为电容器电容变化的一种电容式位移传感器是根据被测物体的位移变化转换为电容器电容变化的一种电容式位移传感器是根据被测物体的位移变化转换为电容器电容变化的一种(y zh(y zh n n)传感传感传感传感器，一般用于高频振动微小位移的测量。器，一般用于高频振动微小位移的测量。器，一般用于高频振动微小位移的测量。器，一般用于高频振动微小位移的测量。n n电容式位移传感器是把被测的位
2、移转换成电容器电容的变化。它以各种类型的电容器作为转电容式位移传感器是把被测的位移转换成电容器电容的变化。它以各种类型的电容器作为转电容式位移传感器是把被测的位移转换成电容器电容的变化。它以各种类型的电容器作为转电容式位移传感器是把被测的位移转换成电容器电容的变化。它以各种类型的电容器作为转换元件，在大多数情况下，它是由两平行极板组成的以空气为介质的电容器，有时也有由两换元件，在大多数情况下，它是由两平行极板组成的以空气为介质的电容器，有时也有由两换元件，在大多数情况下，它是由两平行极板组成的以空气为介质的电容器，有时也有由两换元件，在大多数情况下，它是由两平行极板组成的以空气为介质的电容器，
3、有时也有由两平行圆筒或其它形状平行面组成。因此，电容式传感器工作原理可用平行板电容器来说明，平行圆筒或其它形状平行面组成。因此，电容式传感器工作原理可用平行板电容器来说明，平行圆筒或其它形状平行面组成。因此，电容式传感器工作原理可用平行板电容器来说明，平行圆筒或其它形状平行面组成。因此，电容式传感器工作原理可用平行板电容器来说明，如图如图如图如图9-19-1所示。当不考虑边缘电场影响时，其电容量为：所示。当不考虑边缘电场影响时，其电容量为：所示。当不考虑边缘电场影响时，其电容量为：所示。当不考虑边缘电场影响时，其电容量为：n n式中：式中：式中：式中：C C电容量，单位为电容量，单位为电容量，
4、单位为电容量，单位为F F；n n 极板间介质的介电系数，单位为极板间介质的介电系数，单位为极板间介质的介电系数，单位为极板间介质的介电系数，单位为F m-1F m-1；n n A A两平行极板相互覆盖的有效面积，单位为两平行极板相互覆盖的有效面积，单位为两平行极板相互覆盖的有效面积，单位为两平行极板相互覆盖的有效面积，单位为m2m2；n n 两平行极板之间的距离，单位为两平行极板之间的距离，单位为两平行极板之间的距离，单位为两平行极板之间的距离，单位为mm。下一页返回(fnhu)（9-1）第1页/共61页第二页，共61页。第一节第一节 电容式位移电容式位移(wiy)传感传感器器n n电容式位
5、移电容式位移电容式位移电容式位移(wiy)(wiy)传感器的结构形式，根据工作原理的不同，传感器的结构形式，根据工作原理的不同，传感器的结构形式，根据工作原理的不同，传感器的结构形式，根据工作原理的不同，可分为变间隙式（可分为变间隙式（可分为变间隙式（可分为变间隙式（变化）、变面积式（变化）、变面积式（变化）、变面积式（变化）、变面积式（A A变化）和变介电系数变化）和变介电系数变化）和变介电系数变化）和变介电系数式（式（式（式（变化）三种，按极板形状不同，则有平板形和圆柱形两种。变化）三种，按极板形状不同，则有平板形和圆柱形两种。变化）三种，按极板形状不同，则有平板形和圆柱形两种。变化）三种
6、，按极板形状不同，则有平板形和圆柱形两种。n n图图图图9-29-2中中中中(a)(b)(a)(b)是电容式位移是电容式位移是电容式位移是电容式位移(wiy)(wiy)传感器的结构原理图，其传感器的结构原理图，其传感器的结构原理图，其传感器的结构原理图，其电容变化是由于活动电极的位移电容变化是由于活动电极的位移电容变化是由于活动电极的位移电容变化是由于活动电极的位移(wiy)(wiy)而引起的。其中图而引起的。其中图而引起的。其中图而引起的。其中图9-9-2(a)2(a)，(b)(b)是线位移是线位移是线位移是线位移(wiy)(wiy)传感器，图传感器，图传感器，图传感器，图9-2(c)9-2
7、(c)，(d)(d)是角位移是角位移是角位移是角位移(wiy)(wiy)传感器。图传感器。图传感器。图传感器。图9-2(a)9-2(a)是变间隙式，图是变间隙式，图是变间隙式，图是变间隙式，图9-2(b)9-2(b)，(c)(c)，(d)(d)是变是变是变是变面积式。图面积式。图面积式。图面积式。图9-2(i)(1)9-2(i)(1)是属于变介电系数式。图是属于变介电系数式。图是属于变介电系数式。图是属于变介电系数式。图9-2(i)9-2(i)，(j)(j)中电容中电容中电容中电容变化是由于固体或液体介质在极板之间运动而引起的。图变化是由于固体或液体介质在极板之间运动而引起的。图变化是由于固体
8、或液体介质在极板之间运动而引起的。图变化是由于固体或液体介质在极板之间运动而引起的。图9-2(k)9-2(k)，(l)(l)中电容变化主要是介质的温度、密度等发生变化而引起的。中电容变化主要是介质的温度、密度等发生变化而引起的。中电容变化主要是介质的温度、密度等发生变化而引起的。中电容变化主要是介质的温度、密度等发生变化而引起的。图图图图9-2(e)(h)9-2(e)(h)是差动电容式传感器，它是由两个结构完全相同的是差动电容式传感器，它是由两个结构完全相同的是差动电容式传感器，它是由两个结构完全相同的是差动电容式传感器，它是由两个结构完全相同的电容式传感器构成的，它们共有一个活动电极，当活动
9、电极处电容式传感器构成的，它们共有一个活动电极，当活动电极处电容式传感器构成的，它们共有一个活动电极，当活动电极处电容式传感器构成的，它们共有一个活动电极，当活动电极处于起始中间位置时，两个传感器的电容相等，当活动电极偏离于起始中间位置时，两个传感器的电容相等，当活动电极偏离于起始中间位置时，两个传感器的电容相等，当活动电极偏离于起始中间位置时，两个传感器的电容相等，当活动电极偏离中间位置时，使一个电容增加，另一个电容减少。与单一式相中间位置时，使一个电容增加，另一个电容减少。与单一式相中间位置时，使一个电容增加，另一个电容减少。与单一式相中间位置时，使一个电容增加，另一个电容减少。与单一式相
10、比，差动式传感器灵敏度可以提高一倍，非线性得到改善，并比，差动式传感器灵敏度可以提高一倍，非线性得到改善，并比，差动式传感器灵敏度可以提高一倍，非线性得到改善，并比，差动式传感器灵敏度可以提高一倍，非线性得到改善，并且能补偿温度误差。且能补偿温度误差。且能补偿温度误差。且能补偿温度误差。上一页下一页返回(fnhu)第2页/共61页第三页，共61页。第一节第一节 电容式位移电容式位移(wiy)传感传感器器n n变间隙式一般用来测量微小的线位移（可小至变间隙式一般用来测量微小的线位移（可小至变间隙式一般用来测量微小的线位移（可小至变间隙式一般用来测量微小的线位移（可小至0.01m0.01m零点几零
11、点几零点几零点几mmmm），），），），也可用于由力、位移、振动等引起的极板间距离变化。它灵敏度较也可用于由力、位移、振动等引起的极板间距离变化。它灵敏度较也可用于由力、位移、振动等引起的极板间距离变化。它灵敏度较也可用于由力、位移、振动等引起的极板间距离变化。它灵敏度较高，易于实现非接触测量，因而应用较为普遍。变面积式则一般用高，易于实现非接触测量，因而应用较为普遍。变面积式则一般用高，易于实现非接触测量，因而应用较为普遍。变面积式则一般用高，易于实现非接触测量，因而应用较为普遍。变面积式则一般用来测量角位移或较大的线位移；变介电系数式常用于固体或液体的来测量角位移或较大的线位移；变介电系数
12、式常用于固体或液体的来测量角位移或较大的线位移；变介电系数式常用于固体或液体的来测量角位移或较大的线位移；变介电系数式常用于固体或液体的物位测量，也用于测定各种介质的温度、密度等状态参数。物位测量，也用于测定各种介质的温度、密度等状态参数。物位测量，也用于测定各种介质的温度、密度等状态参数。物位测量，也用于测定各种介质的温度、密度等状态参数。n n图图图图9-39-3所示为变面积型电容位移传感器的结构图。测杆所示为变面积型电容位移传感器的结构图。测杆所示为变面积型电容位移传感器的结构图。测杆所示为变面积型电容位移传感器的结构图。测杆1 1随着被测物体随着被测物体随着被测物体随着被测物体(wt(
13、wt)的位移而移动，它带动活动极板的位移而移动，它带动活动极板的位移而移动，它带动活动极板的位移而移动，它带动活动极板4 4上下移动，从而改变了活动上下移动，从而改变了活动上下移动，从而改变了活动上下移动，从而改变了活动极板与两个固定极板极板与两个固定极板极板与两个固定极板极板与两个固定极板1010，1111之间的极板面积，使电容量发生变化，由之间的极板面积，使电容量发生变化，由之间的极板面积，使电容量发生变化，由之间的极板面积，使电容量发生变化，由于传感器采用了变面积差动形式，因而，线性度较好，图中的测力于传感器采用了变面积差动形式，因而，线性度较好，图中的测力于传感器采用了变面积差动形式，
14、因而，线性度较好，图中的测力于传感器采用了变面积差动形式，因而，线性度较好，图中的测力弹簧弹簧弹簧弹簧3 3，5 5保证测杆和活动极板能够很好地随被测物体保证测杆和活动极板能够很好地随被测物体保证测杆和活动极板能够很好地随被测物体保证测杆和活动极板能够很好地随被测物体(wt(wt)移动，调移动，调移动，调移动，调节螺钉用来调节位移传感器的零点。节螺钉用来调节位移传感器的零点。节螺钉用来调节位移传感器的零点。节螺钉用来调节位移传感器的零点。上一页下一页返回(fnhu)第3页/共61页第四页，共61页。第一节第一节 电容式位移电容式位移(wiy)传感传感器器n n图图图图9-49-4为南京传感器厂
15、生产的为南京传感器厂生产的为南京传感器厂生产的为南京传感器厂生产的LVCTLVCT型电容式位移测量仪结构图，它可以把输入的线性位移转换成电量输出，其输出型电容式位移测量仪结构图，它可以把输入的线性位移转换成电量输出，其输出型电容式位移测量仪结构图，它可以把输入的线性位移转换成电量输出，其输出型电容式位移测量仪结构图，它可以把输入的线性位移转换成电量输出，其输出灵敏度为灵敏度为灵敏度为灵敏度为200mV/mm1000mV/mm200mV/mm1000mV/mm，测量范围达，测量范围达，测量范围达，测量范围达20mm20mm，线性度为，线性度为，线性度为，线性度为0.050.30.050.3，可用
16、于压力、应变、液位等能转换成，可用于压力、应变、液位等能转换成，可用于压力、应变、液位等能转换成，可用于压力、应变、液位等能转换成直线位移的各种机械物理量的测试。直线位移的各种机械物理量的测试。直线位移的各种机械物理量的测试。直线位移的各种机械物理量的测试。n n在电容式位移传感器实际使用过程中，由于传感器本身在电容式位移传感器实际使用过程中，由于传感器本身在电容式位移传感器实际使用过程中，由于传感器本身在电容式位移传感器实际使用过程中，由于传感器本身(bnshn)(bnshn)电容很小，仅几十微法至几微法，因此相当容易电容很小，仅几十微法至几微法，因此相当容易电容很小，仅几十微法至几微法，因
17、此相当容易电容很小，仅几十微法至几微法，因此相当容易受到外界寄生电容的干扰，若在传感器和放大电路之间采用电缆连接，电缆本身受到外界寄生电容的干扰，若在传感器和放大电路之间采用电缆连接，电缆本身受到外界寄生电容的干扰，若在传感器和放大电路之间采用电缆连接，电缆本身受到外界寄生电容的干扰，若在传感器和放大电路之间采用电缆连接，电缆本身(bnshn)(bnshn)寄生电容可能比传感器寄生电容可能比传感器寄生电容可能比传感器寄生电容可能比传感器工作电容要大许多，因而，当它与传感器电容相关联时，将严重影响传感器的输出特性，使电容相对变化率大大降工作电容要大许多，因而，当它与传感器电容相关联时，将严重影响
18、传感器的输出特性，使电容相对变化率大大降工作电容要大许多，因而，当它与传感器电容相关联时，将严重影响传感器的输出特性，使电容相对变化率大大降工作电容要大许多，因而，当它与传感器电容相关联时，将严重影响传感器的输出特性，使电容相对变化率大大降低，甚至使传感器不能工作。要解决这个问题，一种方法是将测量线路装在紧靠传感器处，或者采用集成电路方法低，甚至使传感器不能工作。要解决这个问题，一种方法是将测量线路装在紧靠传感器处，或者采用集成电路方法低，甚至使传感器不能工作。要解决这个问题，一种方法是将测量线路装在紧靠传感器处，或者采用集成电路方法低，甚至使传感器不能工作。要解决这个问题，一种方法是将测量线
19、路装在紧靠传感器处，或者采用集成电路方法将全部测量电路装在传感器壳体内，对壳体和引出导线采取屏蔽措施。将全部测量电路装在传感器壳体内，对壳体和引出导线采取屏蔽措施。将全部测量电路装在传感器壳体内，对壳体和引出导线采取屏蔽措施。将全部测量电路装在传感器壳体内，对壳体和引出导线采取屏蔽措施。上一页下一页返回(fnhu)第4页/共61页第五页，共61页。第一节第一节 电容式位移电容式位移(wiy)传感传感器器n n另外一种方法是采用另外一种方法是采用另外一种方法是采用另外一种方法是采用“驱动电缆法驱动电缆法驱动电缆法驱动电缆法”，如图，如图，如图，如图9-59-5所示。图中传感器的输入引线采用双层屏
20、蔽电缆，电缆引线所示。图中传感器的输入引线采用双层屏蔽电缆，电缆引线所示。图中传感器的输入引线采用双层屏蔽电缆，电缆引线所示。图中传感器的输入引线采用双层屏蔽电缆，电缆引线将电容极板上的电压输送给测量电路的同时，又输送给一个增益比为将电容极板上的电压输送给测量电路的同时，又输送给一个增益比为将电容极板上的电压输送给测量电路的同时，又输送给一个增益比为将电容极板上的电压输送给测量电路的同时，又输送给一个增益比为1 1：1 1的放大器，放大器的输出端接到的放大器，放大器的输出端接到的放大器，放大器的输出端接到的放大器，放大器的输出端接到内屏蔽层上，由于内屏蔽和引线之间等电位，两者之间没有内屏蔽层上
21、，由于内屏蔽和引线之间等电位，两者之间没有内屏蔽层上，由于内屏蔽和引线之间等电位，两者之间没有内屏蔽层上，由于内屏蔽和引线之间等电位，两者之间没有(mi y(mi y u)u)容性电流存在，这就等效地消除了引容性电流存在，这就等效地消除了引容性电流存在，这就等效地消除了引容性电流存在，这就等效地消除了引线和内屏蔽之间的电容联系。而外屏蔽接地后，对地之间的电容将成为线和内屏蔽之间的电容联系。而外屏蔽接地后，对地之间的电容将成为线和内屏蔽之间的电容联系。而外屏蔽接地后，对地之间的电容将成为线和内屏蔽之间的电容联系。而外屏蔽接地后，对地之间的电容将成为1 1：1 1放大器的负载，不再与传感器放大器的
22、负载，不再与传感器放大器的负载，不再与传感器放大器的负载，不再与传感器电容相并联，这样，无论电缆形状和位置如何变化，都不会对传感器的工作产生影响。采用这种方法，即电容相并联，这样，无论电缆形状和位置如何变化，都不会对传感器的工作产生影响。采用这种方法，即电容相并联，这样，无论电缆形状和位置如何变化，都不会对传感器的工作产生影响。采用这种方法，即电容相并联，这样，无论电缆形状和位置如何变化，都不会对传感器的工作产生影响。采用这种方法，即使传感器电容量很小，传输电缆长达数米时，传感器仍能很好地工作。使传感器电容量很小，传输电缆长达数米时，传感器仍能很好地工作。使传感器电容量很小，传输电缆长达数米时
23、，传感器仍能很好地工作。使传感器电容量很小，传输电缆长达数米时，传感器仍能很好地工作。上一页返回(fnhu)第5页/共61页第六页，共61页。第二节第二节 电感式位移电感式位移(wiy)传感传感器器n n一一 结构类型结构类型n n电感式位移传感器种类繁多，目前常用的有电感式位移传感器种类繁多，目前常用的有变气隙型、变面积型和螺管型三种，如图变气隙型、变面积型和螺管型三种，如图9-6所示。虽然形式不同，但都包含线圈、铁所示。虽然形式不同，但都包含线圈、铁芯和活动衔铁三部分芯和活动衔铁三部分(b fen)。n n对变间隙型传感器，气隙的大小随被测量的对变间隙型传感器，气隙的大小随被测量的改变而变
24、化，使磁路中气隙的磁阻发生变化改变而变化，使磁路中气隙的磁阻发生变化，从而引起线圈电感的变化。这种电感量的，从而引起线圈电感的变化。这种电感量的变化与气隙的大小（即位移量）相对应，因变化与气隙的大小（即位移量）相对应，因此，只要能测出这种电感量的变化，就能测此，只要能测出这种电感量的变化，就能测出位移的大小。变面积型是气隙长度保持一出位移的大小。变面积型是气隙长度保持一定，而铁芯与衔铁之间相对覆盖面积随被测定，而铁芯与衔铁之间相对覆盖面积随被测位移量的变化而改变，从而导致线圈电感的位移量的变化而改变，从而导致线圈电感的变化。螺管型传感器是线圈电感随着衔铁插变化。螺管型传感器是线圈电感随着衔铁插
25、入长度的变化而变化。理论上，电感相对变入长度的变化而变化。理论上，电感相对变化量与衔铁位移相对变化量成正比，但由于化量与衔铁位移相对变化量成正比，但由于线圈内磁场强度沿轴向分布不均匀，所以实线圈内磁场强度沿轴向分布不均匀，所以实际上，它的输出仍有非线性。际上，它的输出仍有非线性。下一页返回(fnhu)第6页/共61页第七页，共61页。第二节第二节 电感式位移电感式位移(wiy)传感传感器器n n在这三种传感器中变气隙式灵敏度最高，且随气隙的增大而减少，非线性误差大。为了减少非线性误差，在这三种传感器中变气隙式灵敏度最高，且随气隙的增大而减少，非线性误差大。为了减少非线性误差，在这三种传感器中变
26、气隙式灵敏度最高，且随气隙的增大而减少，非线性误差大。为了减少非线性误差，在这三种传感器中变气隙式灵敏度最高，且随气隙的增大而减少，非线性误差大。为了减少非线性误差，量程必须限制在较小范围内，所以只能用于微小位移的测量，一般为量程必须限制在较小范围内，所以只能用于微小位移的测量，一般为量程必须限制在较小范围内，所以只能用于微小位移的测量，一般为量程必须限制在较小范围内，所以只能用于微小位移的测量，一般为0.001mm1mm0.001mm1mm；变面积；变面积；变面积；变面积(min j)(min j)型传型传型传型传感器灵敏度比变间隙型小，理论灵敏度为一常数，因而线性好，量程也比变间隙式大，它
27、的应用也比变间感器灵敏度比变间隙型小，理论灵敏度为一常数，因而线性好，量程也比变间隙式大，它的应用也比变间感器灵敏度比变间隙型小，理论灵敏度为一常数，因而线性好，量程也比变间隙式大，它的应用也比变间感器灵敏度比变间隙型小，理论灵敏度为一常数，因而线性好，量程也比变间隙式大，它的应用也比变间隙型多；螺管型传感器在三种中量程最大，可达几十毫米，灵敏度低，但结构简单便于制作，因而应用比隙型多；螺管型传感器在三种中量程最大，可达几十毫米，灵敏度低，但结构简单便于制作，因而应用比隙型多；螺管型传感器在三种中量程最大，可达几十毫米，灵敏度低，但结构简单便于制作，因而应用比隙型多；螺管型传感器在三种中量程最
28、大，可达几十毫米，灵敏度低，但结构简单便于制作，因而应用比较广泛。较广泛。较广泛。较广泛。n n这三种类型的传感器，由于线圈中流过负载的电流不等于零，存在起始电流，非线性较大，而且有电磁吸这三种类型的传感器，由于线圈中流过负载的电流不等于零，存在起始电流，非线性较大，而且有电磁吸这三种类型的传感器，由于线圈中流过负载的电流不等于零，存在起始电流，非线性较大，而且有电磁吸这三种类型的传感器，由于线圈中流过负载的电流不等于零，存在起始电流，非线性较大，而且有电磁吸力作用于活动衔铁。易受外界干扰的影响，如电源电压和频率的波动、温度变化等都将使输出产生误差，力作用于活动衔铁。易受外界干扰的影响，如电源
29、电压和频率的波动、温度变化等都将使输出产生误差，力作用于活动衔铁。易受外界干扰的影响，如电源电压和频率的波动、温度变化等都将使输出产生误差，力作用于活动衔铁。易受外界干扰的影响，如电源电压和频率的波动、温度变化等都将使输出产生误差，所以不适用于精密测量，只用在一些继电信号装置。在实际应用中，广泛采用的是差动式电感传感器。所以不适用于精密测量，只用在一些继电信号装置。在实际应用中，广泛采用的是差动式电感传感器。所以不适用于精密测量，只用在一些继电信号装置。在实际应用中，广泛采用的是差动式电感传感器。所以不适用于精密测量，只用在一些继电信号装置。在实际应用中，广泛采用的是差动式电感传感器。上一页下
30、一页返回(fnhu)第7页/共61页第八页，共61页。第二节第二节 电感式位移电感式位移(wiy)传感传感器器n n二二 差动式电感传感器差动式电感传感器n n两只完全相同的单个线圈的电感传感器合用两只完全相同的单个线圈的电感传感器合用(hyng)一个活动衔铁便构成了差动式电一个活动衔铁便构成了差动式电感传感器，如图感传感器，如图9-7所示。所示。n n其结构特点是上下两个导磁体的几何尺寸完其结构特点是上下两个导磁体的几何尺寸完全相同，材料性能完全相同，两个线圈的电全相同，材料性能完全相同，两个线圈的电气参数（如电感匝数、线圈铜电阻等）和几气参数（如电感匝数、线圈铜电阻等）和几何尺寸也完全一致
31、。何尺寸也完全一致。n n差动电感传感器的两个线圈一般接在交流电差动电感传感器的两个线圈一般接在交流电桥的两臂，如图桥的两臂，如图9-8所示，由交流电源供电，所示，由交流电源供电，在电桥的另一对角端即为输出的交流电压在电桥的另一对角端即为输出的交流电压U0。上一页下一页返回(fnhu)第8页/共61页第九页，共61页。第二节第二节 电感式位移电感式位移(wiy)传感传感器器n n在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边气隙相等，因此两只线圈的电感量在理论上相等，在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边气隙相等，因此两只线圈的电感量在理论上相等，在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边气隙相等，因此两只线圈
32、的电感量在理论上相等，在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边气隙相等，因此两只线圈的电感量在理论上相等，Z1=Z2Z1=Z2，Z3=Z4=R0Z3=Z4=R0，电桥平衡，输出，电桥平衡，输出，电桥平衡，输出，电桥平衡，输出U0=0U0=0。当衔铁偏离中间位置向上（左）或向下（右）移动时，造成两线圈的。当衔铁偏离中间位置向上（左）或向下（右）移动时，造成两线圈的。当衔铁偏离中间位置向上（左）或向下（右）移动时，造成两线圈的。当衔铁偏离中间位置向上（左）或向下（右）移动时，造成两线圈的电感量一增一减，电桥失去平衡即有电压输出，输出电压的幅值与衔铁移动量的大小成正比，其相位则与电感量一增一减，电桥失去
33、平衡即有电压输出，输出电压的幅值与衔铁移动量的大小成正比，其相位则与电感量一增一减，电桥失去平衡即有电压输出，输出电压的幅值与衔铁移动量的大小成正比，其相位则与电感量一增一减，电桥失去平衡即有电压输出，输出电压的幅值与衔铁移动量的大小成正比，其相位则与衔铁的移动方向有关，如果能测量出输出电压的大小和相位，就能决定衔铁位移衔铁的移动方向有关，如果能测量出输出电压的大小和相位，就能决定衔铁位移衔铁的移动方向有关，如果能测量出输出电压的大小和相位，就能决定衔铁位移衔铁的移动方向有关，如果能测量出输出电压的大小和相位，就能决定衔铁位移(wiy)(wiy)量的大小和方向。量的大小和方向。量的大小和方向。
34、量的大小和方向。n n差动式电感传感器与单个线圈电感传感器相比，输出非线性得到改善，起始零位信号不大，灵敏度提高了差动式电感传感器与单个线圈电感传感器相比，输出非线性得到改善，起始零位信号不大，灵敏度提高了差动式电感传感器与单个线圈电感传感器相比，输出非线性得到改善，起始零位信号不大，灵敏度提高了差动式电感传感器与单个线圈电感传感器相比，输出非线性得到改善，起始零位信号不大，灵敏度提高了一倍。由于采用差动电桥输出，对外界的抗干扰能力如温度的变化、电源频率变化等也大为增强。铁芯对一倍。由于采用差动电桥输出，对外界的抗干扰能力如温度的变化、电源频率变化等也大为增强。铁芯对一倍。由于采用差动电桥输出
35、，对外界的抗干扰能力如温度的变化、电源频率变化等也大为增强。铁芯对一倍。由于采用差动电桥输出，对外界的抗干扰能力如温度的变化、电源频率变化等也大为增强。铁芯对活动衔铁的吸力大为减小，因为两只线圈铁芯对衔铁的吸力方向正好相反，在中间位置时，吸力为零。由活动衔铁的吸力大为减小，因为两只线圈铁芯对衔铁的吸力方向正好相反，在中间位置时，吸力为零。由活动衔铁的吸力大为减小，因为两只线圈铁芯对衔铁的吸力方向正好相反，在中间位置时，吸力为零。由活动衔铁的吸力大为减小，因为两只线圈铁芯对衔铁的吸力方向正好相反，在中间位置时，吸力为零。由于差动式传感器有许多优点，所以得到了广泛的应用。于差动式传感器有许多优点，
36、所以得到了广泛的应用。于差动式传感器有许多优点，所以得到了广泛的应用。于差动式传感器有许多优点，所以得到了广泛的应用。上一页下一页返回(fnhu)第9页/共61页第十页，共61页。第二节第二节 电感式位移电感式位移(wiy)传感传感器器n n差动变间隙式传感器的工作行程只有几微米差动变间隙式传感器的工作行程只有几微米差动变间隙式传感器的工作行程只有几微米差动变间隙式传感器的工作行程只有几微米 几毫米，所以适用于微小位移的测量，对较大范围位几毫米，所以适用于微小位移的测量，对较大范围位几毫米，所以适用于微小位移的测量，对较大范围位几毫米，所以适用于微小位移的测量，对较大范围位移的测量往往采用螺管
37、型位移传感器。移的测量往往采用螺管型位移传感器。移的测量往往采用螺管型位移传感器。移的测量往往采用螺管型位移传感器。n n图图图图9-99-9为轴向位移传感器结构图，采用差动电感式。为轴向位移传感器结构图，采用差动电感式。为轴向位移传感器结构图，采用差动电感式。为轴向位移传感器结构图，采用差动电感式。n n图中可换测颈图中可换测颈图中可换测颈图中可换测颈1010用螺纹拧在测杆用螺纹拧在测杆用螺纹拧在测杆用螺纹拧在测杆8 8上，测杆上，测杆上，测杆上，测杆8 8可在钢球导轨可在钢球导轨可在钢球导轨可在钢球导轨7 7上做轴向运动，测杆上端固定着衔铁上做轴向运动，测杆上端固定着衔铁上做轴向运动，测杆
38、上端固定着衔铁上做轴向运动，测杆上端固定着衔铁3 3，当测杆移动时，带动衔铁当测杆移动时，带动衔铁当测杆移动时，带动衔铁当测杆移动时，带动衔铁3 3在电感线圈中移动，线圈在电感线圈中移动，线圈在电感线圈中移动，线圈在电感线圈中移动，线圈4 4放在圆筒开磁芯放在圆筒开磁芯放在圆筒开磁芯放在圆筒开磁芯2 2中，当衔铁中，当衔铁中，当衔铁中，当衔铁3 3在中间位置向上在中间位置向上在中间位置向上在中间位置向上移动时，上线圈电感量增加，下线圈电感量减少，电感的变化用导线移动时，上线圈电感量增加，下线圈电感量减少，电感的变化用导线移动时，上线圈电感量增加，下线圈电感量减少，电感的变化用导线移动时，上线圈
39、电感量增加，下线圈电感量减少，电感的变化用导线1 1引出，以便接入测量电路。引出，以便接入测量电路。引出，以便接入测量电路。引出，以便接入测量电路。为了使测量头始终接触被测件，由弹簧为了使测量头始终接触被测件，由弹簧为了使测量头始终接触被测件，由弹簧为了使测量头始终接触被测件，由弹簧5 5产生一定的接触力。防转销产生一定的接触力。防转销产生一定的接触力。防转销产生一定的接触力。防转销6 6用来限制测杆用来限制测杆用来限制测杆用来限制测杆8 8的转动，密封的转动，密封的转动，密封的转动，密封套套套套9 9用来防止尘土进入测量头内。由于测杆直接接在滚动导轨上，消除了径向间隙，使测量精度提用来防止尘
40、土进入测量头内。由于测杆直接接在滚动导轨上，消除了径向间隙，使测量精度提用来防止尘土进入测量头内。由于测杆直接接在滚动导轨上，消除了径向间隙，使测量精度提用来防止尘土进入测量头内。由于测杆直接接在滚动导轨上，消除了径向间隙，使测量精度提高高高高(t go)(t go)，并且灵敏度和寿命均达到较高指标。，并且灵敏度和寿命均达到较高指标。，并且灵敏度和寿命均达到较高指标。，并且灵敏度和寿命均达到较高指标。上一页下一页返回(fnhu)第10页/共61页第十一页，共61页。第二节第二节 电感式位移电感式位移(wiy)传感传感器器n n表表表表9-19-1给出了给出了给出了给出了LGLG系列差动电感式位
41、移传感器的型号和规格，它和系列差动电感式位移传感器的型号和规格，它和系列差动电感式位移传感器的型号和规格，它和系列差动电感式位移传感器的型号和规格，它和CBSCBS数字式静态位移测量仪配套使用，不仅可测试数字式静态位移测量仪配套使用，不仅可测试数字式静态位移测量仪配套使用，不仅可测试数字式静态位移测量仪配套使用，不仅可测试与控制物体的位移，还可对物体的长度和厚度等变量进行监测和控制。与控制物体的位移，还可对物体的长度和厚度等变量进行监测和控制。与控制物体的位移，还可对物体的长度和厚度等变量进行监测和控制。与控制物体的位移，还可对物体的长度和厚度等变量进行监测和控制。n n差动电感传感器的测量线
42、路一般采用差动电感传感器的测量线路一般采用差动电感传感器的测量线路一般采用差动电感传感器的测量线路一般采用(c(c iyng)iyng)图图图图9-89-8所示交流电桥，其实际输出特性曲线如图所示交流电桥，其实际输出特性曲线如图所示交流电桥，其实际输出特性曲线如图所示交流电桥，其实际输出特性曲线如图9-109-10实线所示。实线所示。实线所示。实线所示。上一页返回(fnhu)第11页/共61页第十二页，共61页。第三节第三节 变压器式位移变压器式位移(wiy)传传感器感器n n差动变压器式位移传感器是目前位移测量中应用最广泛的一种传感器，它是利用线圈的互感差动变压器式位移传感器是目前位移测量中
43、应用最广泛的一种传感器，它是利用线圈的互感差动变压器式位移传感器是目前位移测量中应用最广泛的一种传感器，它是利用线圈的互感差动变压器式位移传感器是目前位移测量中应用最广泛的一种传感器，它是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电势的变化。传感器本身就是一个变压器，其结构如图作用将位移转换成感应电势的变化。传感器本身就是一个变压器，其结构如图作用将位移转换成感应电势的变化。传感器本身就是一个变压器，其结构如图作用将位移转换成感应电势的变化。传感器本身就是一个变压器，其结构如图9-119-11所示，由所示，由所示，由所示，由初级线圈与两个相同的次级线圈和活动衔铁组成。初级线圈与两个相同的次级线圈和活动
44、衔铁组成。初级线圈与两个相同的次级线圈和活动衔铁组成。初级线圈与两个相同的次级线圈和活动衔铁组成。n n由于两只次级线圈按电势反相串接，以差动方式输出，所以称为差动变压器式传感器。由于两只次级线圈按电势反相串接，以差动方式输出，所以称为差动变压器式传感器。由于两只次级线圈按电势反相串接，以差动方式输出，所以称为差动变压器式传感器。由于两只次级线圈按电势反相串接，以差动方式输出，所以称为差动变压器式传感器。n n当初级线圈当初级线圈当初级线圈当初级线圈P P加上一定的正弦交流电压加上一定的正弦交流电压加上一定的正弦交流电压加上一定的正弦交流电压u1u1后，在次级中产生后，在次级中产生后，在次级中
45、产生后，在次级中产生(ch(ch nshng)nshng)感应电势感应电势感应电势感应电势e21e21、e22e22。当衔铁在中间位置时，两次级线圈互感相同，感应电势当衔铁在中间位置时，两次级线圈互感相同，感应电势当衔铁在中间位置时，两次级线圈互感相同，感应电势当衔铁在中间位置时，两次级线圈互感相同，感应电势e21=e22 e21=e22，输出电压为零。当衔铁向，输出电压为零。当衔铁向，输出电压为零。当衔铁向，输出电压为零。当衔铁向上移动时，上移动时，上移动时，上移动时，S1S1互感大，互感大，互感大，互感大，S2S2互感小，感应电势互感小，感应电势互感小，感应电势互感小，感应电势e21e22
46、 e21e22，输出电压，输出电压，输出电压，输出电压u2=e21-e22u2=e21-e22不为零，且在传不为零，且在传不为零，且在传不为零，且在传感器的量程内，移动得越大，输出电压越大。当衔铁向下移动时，感器的量程内，移动得越大，输出电压越大。当衔铁向下移动时，感器的量程内，移动得越大，输出电压越大。当衔铁向下移动时，感器的量程内，移动得越大，输出电压越大。当衔铁向下移动时，S2S2互感大，互感大，互感大，互感大，S1S1互感小，感互感小，感互感小，感互感小，感应电势应电势应电势应电势e21e22 e21e22，输出电压仍不为零，与向上移动比较，相位相差，输出电压仍不为零，与向上移动比较，
47、相位相差，输出电压仍不为零，与向上移动比较，相位相差，输出电压仍不为零，与向上移动比较，相位相差180180。下一页返回(fnhu)第12页/共61页第十三页，共61页。第三节第三节 变压器式位移变压器式位移(wiy)传传感器感器n n因此，根据因此，根据因此，根据因此，根据u2u2的大小和相位就可判断衔铁位移量的大小和方向，图的大小和相位就可判断衔铁位移量的大小和方向，图的大小和相位就可判断衔铁位移量的大小和方向，图的大小和相位就可判断衔铁位移量的大小和方向，图9-129-12是差动变压器的典型特性曲线是差动变压器的典型特性曲线是差动变压器的典型特性曲线是差动变压器的典型特性曲线(qxin)
48、(qxin)。其。其。其。其中中中中u01u01为零位输出电压，曲线为零位输出电压，曲线为零位输出电压，曲线为零位输出电压，曲线(qxin)1(qxin)1为理想输出特性曲线为理想输出特性曲线为理想输出特性曲线为理想输出特性曲线(qxin)(qxin)，曲线，曲线，曲线，曲线(qxin)2(qxin)2为实际输出特性曲线为实际输出特性曲线为实际输出特性曲线为实际输出特性曲线(qxin)(qxin)，为了区分零点两边铁芯位移所产生的输出相位，可通过相位测定和采用相敏电路来测定。，为了区分零点两边铁芯位移所产生的输出相位，可通过相位测定和采用相敏电路来测定。，为了区分零点两边铁芯位移所产生的输出相
49、位，可通过相位测定和采用相敏电路来测定。，为了区分零点两边铁芯位移所产生的输出相位，可通过相位测定和采用相敏电路来测定。n n差动变压器的结构如图差动变压器的结构如图差动变压器的结构如图差动变压器的结构如图9-139-13所示。图所示。图所示。图所示。图9-13(a)9-13(a)，(c)(c)所示结构的传感器，衔铁均为平板形，灵敏度较高，测量范围较小，所示结构的传感器，衔铁均为平板形，灵敏度较高，测量范围较小，所示结构的传感器，衔铁均为平板形，灵敏度较高，测量范围较小，所示结构的传感器，衔铁均为平板形，灵敏度较高，测量范围较小，一般用于几微米到几百微米的位移测量。对于位移在一般用于几微米到几
50、百微米的位移测量。对于位移在一般用于几微米到几百微米的位移测量。对于位移在一般用于几微米到几百微米的位移测量。对于位移在1 1毫米至几百毫米位移的测量，常采用圆柱形衔铁的螺管型差毫米至几百毫米位移的测量，常采用圆柱形衔铁的螺管型差毫米至几百毫米位移的测量，常采用圆柱形衔铁的螺管型差毫米至几百毫米位移的测量，常采用圆柱形衔铁的螺管型差动变压器，如图动变压器，如图动变压器，如图动变压器，如图9-13(b)9-13(b)所示。图所示。图所示。图所示。图9-13(d)9-13(d)所示结构是测量转角的差动变压器，一般可测到几角秒的微小角位移，输出所示结构是测量转角的差动变压器，一般可测到几角秒的微小角