電感式傳感器原理及在量塊檢定中的應(yīng)用趨勢(shì)
[在線咨詢] 時(shí)間:2021-06-15儀器校驗(yàn)測(cè)量(計(jì)量)工具通常按用途分為通用測(cè)量工具、專類測(cè)量工具和專用測(cè)量工具三類;通用測(cè)量工具是指可以測(cè)量多種類型工件的長(zhǎng)度或角度的測(cè)量工具。這類測(cè)量工具的品種規(guī)格多,使用也廣泛,有量塊、角度量塊、多面棱體、正弦規(guī)、卡尺千分尺、百分表、多齒分度臺(tái)、比較儀、激光干涉儀、工具顯微鏡、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。
一、測(cè)量工具的發(fā)展歷史
早在機(jī)械制造中使用的是一些機(jī)械式測(cè)量工具,這些計(jì)量檢測(cè)工具有角尺、卡鉗等。16世紀(jì),在火炮制造中已開始使用光滑量規(guī);1772年和1805年,英國(guó)的瓦特和莫茲利等,先后制造出利用螺紋副原理測(cè)長(zhǎng)的瓦特千分尺和校準(zhǔn)用測(cè)長(zhǎng)機(jī)。19世紀(jì)中葉以后,又出現(xiàn)了類似于現(xiàn)代機(jī)械式外徑千分尺和游標(biāo)卡尺的測(cè)量工具。19世紀(jì)末期,出現(xiàn)了成套量塊。
繼機(jī)械測(cè)量工具之后出現(xiàn)的是一批光學(xué)計(jì)量檢測(cè)工具。19世紀(jì)末,首先出現(xiàn)立式測(cè)長(zhǎng)儀。20世紀(jì)初,出現(xiàn)測(cè)長(zhǎng)機(jī)。到20年代,已經(jīng)在機(jī)械制造中應(yīng)用投影儀、工具顯微鏡、光學(xué)測(cè)微儀等進(jìn)行測(cè)量。1928年出現(xiàn)氣動(dòng)量?jī)x,它是一種適合在大批量生產(chǎn)中使用的測(cè)量工具。
電學(xué)測(cè)量工具是30年代出現(xiàn)的。初的是利用電感式長(zhǎng)度傳感器制成的界限量規(guī)和輪廓儀。50年代后期,出現(xiàn)了以數(shù)字顯示測(cè)量結(jié)果的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。60年代中期,在機(jī)械制造中已應(yīng)用帶有電子計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。至70年代初,又出現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的齒輪量?jī)x。至此,測(cè)量工具進(jìn)入應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的階段。
二、電感式傳感器的工作原理
電感式傳感器(inductance type transducer)是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移,壓力,流量,振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化,再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出,實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。
(一)電感式傳感器具有以下特點(diǎn):
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳感器無活動(dòng)電觸點(diǎn),因此工作可靠壽命長(zhǎng)。
2、靈敏度和分辨力高,能測(cè)出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng),電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出。
3、線性度和重復(fù)性都比較好,在一定位移范圍(幾十微米至數(shù)毫米)內(nèi),傳感器非線性誤差可達(dá)0.05%-0.1%。同時(shí),這種傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制,它在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是,它有頻率響應(yīng)較低,不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。
(二)電感式傳感器種類
電感式傳感器種類很多,常見的有自感式,互感式和渦流式三種。
本文介紹的是自感式傳感器。由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器,又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的,其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí),就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。
(三)電感式位移傳感器的特點(diǎn)
①無活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng);②分辨率高;③靈敏度高;④線性度高、重復(fù)性好;⑤測(cè)量范圍寬(測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低);⑥無輸入時(shí)有零位輸出電壓,引起測(cè)量誤差;⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高;⑧不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。
電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測(cè)量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實(shí)際應(yīng)用中,這三種傳感器多制成差動(dòng)式,以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。
變間隙型電感傳感器 這種傳感器的氣隙Δ隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小,因此常常要考慮兩者兼顧。Δ一般取在0.1——0.5毫米之間。
變面積型電感傳感器 這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對(duì)覆蓋面積(即磁通截面)隨被測(cè)量的變化而改變,從而改變磁阻。它的靈敏度為常數(shù),線性度也很好。
螺管插鐵型電感傳感器 它由螺管線圈和與被測(cè)物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大,靈敏度低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于制作。

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