電感式壓力傳感器設(shè)計(jì)

1、機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ) 題目： 電感式壓力傳感器設(shè)計(jì) 班 級(jí) 13機(jī)械自動(dòng)化1班 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 李紅星 成 績 目錄一、概述21.1、相關(guān)背景和應(yīng)用簡介2二、設(shè)計(jì)內(nèi)容31.主要參數(shù)32.選用的元件和工作原理33.測量方法54.外觀設(shè)計(jì)6課程設(shè)計(jì)小結(jié)7參考文獻(xiàn)7一、概述1.相關(guān)背景和應(yīng)用簡介 壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。電感式傳感器是利用電磁

2、感應(yīng)把被測的物理量如位移，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。本次課程設(shè)計(jì)的電感式壓力傳感器為自感型，是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于膜片時(shí)，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號(hào)輸出，從而達(dá)到測量壓力的目的。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測量范圍大；缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。本次課程設(shè)計(jì)由于所學(xué)知識(shí)的欠缺，只說明電感式壓力傳感器的主要參數(shù)、選用的原件和工作原理、測量方法和外觀設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.主要參數(shù)量程:0100KG.綜合精度：0.

3、5%（線性、滯后、重復(fù)性）.靈敏度：1.0-1.5mV/V. 工作環(huán)境溫度：10OC50OC. 適用對象：電子稱，平臺(tái)秤。 外殼材質(zhì)：合金鋼。 特殊要求：不得用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。2.選用的元件和工作原理選用的元件：線圈，鐵心，銜鐵，連接導(dǎo)線，合金鋼外殼。工作原理：1- 線圈 2-鐵心 3-銜鐵（a） 可變磁阻結(jié)構(gòu)（b） 特性曲線可變磁阻式電感傳感器結(jié)構(gòu)原理圖如上圖所示。它由鐵圈、鐵心和銜鐵組成，在鐵心與鐵心之間有空隙。由電工學(xué)得知，線圈自感量L為： 式中 N-線圈匝數(shù)； Rm-磁路總磁數(shù)。如果空氣氣隙較小，而且不考慮磁路的鐵損時(shí)，則總磁阻 式中 l-鐵心導(dǎo)磁長度； -鐵心磁導(dǎo)率A-鐵心磁導(dǎo)截面積

4、-氣隙長度0-空氣磁導(dǎo)率，0=4x10-7H/m;A0-空氣氣隙導(dǎo)磁截面積（m2）。因?yàn)殍F心磁阻與空氣氣隙的磁阻相對很小，計(jì)算時(shí)可以忽略，故 代入 則 上式表面，自感L與氣隙成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積A0成正比。當(dāng)固定A0，變化時(shí)，L與呈非線性關(guān)系（見圖b），此時(shí)傳感器的靈敏度。靈敏度S與氣隙長度的平方成反比，愈小，靈敏度愈高。由于S不是常數(shù)，故會(huì)出現(xiàn)非線性誤差。為了減少這一誤差，通常規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)工作。設(shè)間隙變化范圍為（0，0 +）。一般實(shí)際應(yīng)用中，取/00.1。這種傳感器適用于較小位移的檢測，一般約為0.0011mm。電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。它

5、的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于銜鐵時(shí)，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，放大電路處理后可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號(hào)輸出，從而達(dá)到測量壓力的目的。3.測量方法電感傳感器由線圈（1）、鐵芯（2）和銜鐵（3）三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。當(dāng)測量壓力時(shí)，將銜鐵和合金鋼連在一起，由于合金鋼在受到外力F時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微小的彎曲變形，我們

6、使合金鋼的彎曲變形范圍控制在0.0011mm內(nèi)（即控制合金鋼形變范圍在電感傳感器的位移范圍內(nèi)），根據(jù)外力與合金鋼彎曲形變之間的關(guān)系，我們得出外力與銜鐵位移之間的關(guān)系式，從而得出一一對應(yīng)的關(guān)系曲線，這樣每一個(gè)外力都對應(yīng)著線圈的電壓，達(dá)到電感式傳感器測壓力的目的。4.外觀設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)小結(jié)本次的電感式壓力傳感器設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)了一學(xué)期的機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)的總結(jié)，在設(shè)計(jì)過程中不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設(shè)計(jì)中，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。在本次設(shè)計(jì)中，明顯感覺到僅僅依靠課本的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要自己去查詢相關(guān)資料，試著自己去總結(jié)，這些經(jīng)歷對現(xiàn)階段來說非常寶貴，真的是受益匪淺。要面對社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐，這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會(huì)面對需要面對的事情。最后，還要感謝老師在輔導(dǎo)過程中給予的大力支持和