传感器与测控电路设计说明书.doc

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传感器与测控电路设计说明书 ———————————————————————————————— 作者: ———————————————————————————————— 日期: 传感器与测控电路课程设计 说明书 设计题目 电感式〔螺管型〕位移传感器的设计 学校 湖南科技大学 学院 机电工程学院 班级 07级测控一班 学号 0703030116 设计人 李 广 指导教师 余以道 杨书仪 完成日期 2010 年 6 目 录 一、设计题目与要求……………………………………………………………………………2 二、根本原理简述………………………………………………………………………2 三、设计总体方案拟定………………………………………………………………………7 四、传感器的构造设计………………………………………………………………………8 五、构造设计CAD图………………………………………………………………………12 六、测控电路的设计与计算…………………………………………………………12 七、电路框图及电路CAD图……………………………………………………14 八、精度误差分析……………………………………………………………………………14 九、参考文献……………………………………………………………………………16 一、设计题目与要求 1、设计题目:电感式〔螺管型〕位移传感器的设计 2、设计要求: 采用差动变压器原理设计一个测量位移的传感器,并设计一测控电路对传感器的输出量进展处理,使信号能输入到A/D转换器,进展一系列的测量与控制。 二、根本原理简述 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理,电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。 自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。 一、 螺管型自感传感器 有单线圈和差动式两种构造形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时,因铁芯在线圈中伸入长度的变化,引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源鼓励时,那么线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。 铁芯在开场插入〔x=0〕或几乎离开线圈时的灵敏度,比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度,并且有较好的线性特性。 1、工作原理 设线圈长度为l、线圈的平均半径为r、线圈的匝数为N、衔铁进入线圈的长度la、衔铁的半径为ra、铁心的有效磁导率为μm,那么线圈的电感量L与衔铁进入线圈的长度la的关系可表示为 由公式可知,当传感器构造参数确定后,B、N0、都是定值,因此感应电动势e 与线圈相对磁场的运动速度v成正比。 螺管线圈内磁场分布曲线 螺管线圈内磁场分布曲线 r x H〔 〕 IN l x〔l〕 假设被测量与Δlc成正比,那么ΔL与被测量也成正比。实际上由于磁场强度分布不均匀,输入量与输出量之间关系非线性的。 为了提高灵敏度与线性度,常采用差动螺管式自感传感器。图(b)中H=f(x)曲线说明:为了得到较好的线性,铁芯长度取l时,那么铁芯工作在H曲线的拐弯处,此时H变化小。这种差动螺管式自感传感器的测量范围为(5~50)mm,非线性误差在%左右。 2l 2lc Δlc 2 线圈Ⅱ 线圈Ⅰ r x H〔 〕 IN l 差动螺旋管式自感 传感器 (a)构造示意图 (b)磁场分布曲线 x(l) (a) (b) 综上所述,螺管式自感传感器的特点: ①构造简单,制造装配容易; ②由于空气间隙大,磁路的磁阻高,因此灵敏度低,但线性范围大; ③由于磁路大局部为空气,易受外部磁场干扰; ④由于磁阻高,为了到达某一自感量,需要的线圈匝数多,因而线圈分布电容大; ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定,否那么影响其线性和稳定性。 二、 差动变压器 〔一〕构造原理与等效电路 分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压器。 其根本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。初级线圈作为差动变压器鼓励用,相当于变压器的原边,而次级线圈由构造尺寸和参数一样的两个线圈反相串接而成,相当于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。 4 4 1 2 3 (b) 螺管型 在理想情况下(忽略线圈寄生

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