電感式壓力傳感器設計

1、機械工程測試技術基礎 題目： 電感式壓力傳感器設計 班 級 13機械自動化1班 學 號 姓 名 指導教師 李紅星 成 績 目錄一、概述21.1、相關背景和應用簡介2二、設計內(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.外觀設計6課程設計小結7參考文獻7一、概述1.相關背景和應用簡介 壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(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、感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉換。本次課程設計的電感式壓力傳感器為自感型，是由于磁性材料和磁導率不同，當壓力作用于膜片時，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電感的變化轉化成相應的信號輸出，從而達到測量壓力的目的。電感式壓力傳感器的優(yōu)點在于靈敏度高、測量范圍大；缺點就是不能應用于高頻動態(tài)環(huán)境。本次課程設計由于所學知識的欠缺，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、測量方法和外觀設計。二、設計內(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，平臺秤。 外殼材質：合金鋼。 特殊要求：不得用于高頻動態(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） 可變磁阻結構（b） 特性曲線可變磁阻式電感傳感器結構原理圖如上圖所示。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，則總磁阻 式中 l-鐵心導磁長度； -鐵心磁導率A-鐵心磁導截面積

4、-氣隙長度0-空氣磁導率，0=4x10-7H/m;A0-空氣氣隙導磁截面積（m2）。因為鐵心磁阻與空氣氣隙的磁阻相對很小，計算時可以忽略，故 代入 則 上式表面，自感L與氣隙成反比，而與氣隙導磁截面積A0成正比。當固定A0，變化時，L與呈非線性關系（見圖b），此時傳感器的靈敏度。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。設間隙變化范圍為（0，0 +）。一般實際應用中，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率不同，當壓力作用于銜鐵時，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電感的變化轉化成相應的信號輸出，從而達到測量壓力的目的。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，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導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。當測量壓力時，將銜鐵和合金鋼連在一起，由于合金鋼在受到外力F時，會產(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系，我們得出外力與銜鐵位移之間的關系式，從而得出一一對應的關系曲線，這樣每一個外力都對應著線圈的電壓，達到電感式傳感器測壓力的目的。4.外觀設計 課程設計小結本次的電感式壓力傳感器設計是在學習了一學期的機械工程測試技術基礎的總結，在設計過程中不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設計中，我們學會了很多學習的方法。在本次設計中，明顯感覺到僅僅依靠課本的知識是遠遠不夠的，需要自己去查詢相關資料，試著自己去總結，這些經(jīng)歷對現(xiàn)階段來說非常寶貴，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐，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，我們都可以在實驗結束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。最后，還要感謝老師在輔導過程中給予的大力支持和