涡流式测位移传感器的设计-ok

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1、传感器与测控电路课程设计涡流式测位移传感器的设计传感器与测控电路课程设计说明书设计题目电涡流式测位移传感器的设计学校湖南科技大学专业机电工程学院班级07级测控一班学号0703030112设计人谢忠明指导教师余以道杨书仪完成日期20010年6月21日第14页共14页传感器与测控电路课程设计涡流式测位移传感器的设计目录一、设计题目与要求……………………………………………………………………………1二、基本原理简述…………………………………………………………………………………2三、设计总体方案确定………………………………………………………………………

2、5四、传感器的结构设计及计算，绘制相应的结构设计图………………………………………………………………………………………………………………………………6五、测控电路的设计与计算,绘制相应的电路框图及电路图………………………………………………………………………………………………………………………………7六、精度误差分析…………………………………………………………………………………11七、参考文献……………………………………………………………………………………………14第14页共14页传感器与测控电路课程设计涡流式测位移传感器的设计一、设计题目与要求

3、1、设计题目：电涡流式测位移传感器的设计2、设计要求：　　1.工作在常温、常压、稳态、环境良好；2.精度满足：0.1%FS；3.测量范围：1.5—2.5mm4.设计传感器应用电路并画出电路图（包括传感器零件图1张，装配图1张，电路图1张）；5.设计传感器应用电路并画出电路图。6.应用范围：测量物体的位移。二、基本原理简述金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。电涡流式传感器就是在这种涡流效应的基础上建立起来的。要形成涡流必须具备下列二个条件：①存在

4、交变磁场；②导电体处于交变磁场之中。因此，涡流式传感器主要由产生交变磁场的通电线圈和置于线圈附近因而处于交变磁场中的金属导体两部分组成。金属导体也可以是被测对象本身。图1涡流作用原理第14页共14页传感器与测控电路课程设计涡流式测位移传感器的设计　　如上图所示，如果把一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通以正弦交变电流时，线圈的周围空间就产生了正弦交变磁场，处于此交变磁场中的金属导体内就会产生涡流，此涡流也将产生交变磁场，的方向与的方向相反。由于磁场的作用，涡流要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化。　　可以看出，线圈与金属导体

5、之间存在着磁性联系。若把导体形象地看作一个短路线圈，其间的关系可用图1所示的电路来表示。线圈与金属导体之间可以定义一个互感系数，它将随着间距的减少而增大。根据克西荷夫定律，可列出方程解之得　　式中——线圈的电阻和电感；　　　　——金属导体的电阻和电感；　　　　——线圈激励电压；　　由的表达式可以看出线圈受到金属导体影响后的等效阻抗为第14页共14页传感器与测控电路课程设计涡流式测位移传感器的设计等效电阻、电感分别为　　在等效电感中，第一项与磁效应有关。若金属导体为非磁性材料，就是空心线圈的电感。当金属导体是磁性材料时，将增大，而且随着的变化而

6、变化。第二项与涡流效应有关，涡流引起的反磁场将使电感减小，越小，电感减小的程度就越大。　　等效电阻总是比原有的电阻来得大，这是因为涡流损耗、磁滞损耗都将使阻抗的实数部分增加。显然，金属导体材料的导电性能和线圈离导体的距离将直接影响这实数部分的大小。由式(3-79)也可以得到线圈的品质因数为　　式中——无涡流影响时线圈的值；　　　　——金属导体中产生涡流的圆环部分的阻抗，。　　由上可知，被测参数变化，既能引起线圈阻抗变化，也能引起线圈电感和线圈值变化。所以涡流传感器所用的转换电路可以选用中的任一参数，并将其转换成电量，即可达到测量的目的。这样，

7、金属导体的电阻率、磁导率、线圈与金属导体的距离第14页共14页传感器与测控电路课程设计涡流式测位移传感器的设计以及线圈激励电流的角频率等参数，都将通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗发生联系。或者说，线圈阻抗是这些参数的函数，可写成若能控制其中大部分参数恒定不变，只改变其中一个参数，这样阻抗就能成为这个参数的单值函数。例如若被测材料的情况不变，阻抗就成为距离的单值函数，便可做成涡流式位移传感器。三、总体设计方案的确定1.当被测材料和激磁频率一定时，那么阻抗Z的值将是位移x的单值函数，即：Z=f(x)。因此当x变化时，由于Q值和L值的发生变化，导致Z

8、发生变化，通过相应的测量电路，可以把Z的变化转换为电压V的变化，这样就达到了非电量转换为电量的目的。特别值得注意的是由于反映了Q值的变化，因此无论传感器灵敏度还是传