电感式压力传感器设计

机械工程测试技术基础

题目：电感式压力传感器设计

班级 13机械自动化1班

学号

姓名

指导教师李红星

成绩

目录

一、概述 (2)

1.1、相关背景和应用简介 (2)

二、设计内容 (3)

1.主要参数 (3)

2.选用的元件和工作原理 (3)

3.测量方法 (5)

4.外观设计 (6)

课程设计小结 (7)

参考文献 (7)

一、概述

1.相关背景和应用简介

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。

本次课程设计的电感式压力传感器为自感型，是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。本次课程设计由于所学知识的欠缺，只说明电感式压力传感器的主要参数、选用的原件和工作原理、测量方法和外观设计。

二、设计内容

1.主要参数

量程:0~100KG.

综合精度：0.5%（线性、滞后、重复性）.

灵敏度：1.0---1.5mV/V.

工作环境温度：—10O C~50O C.

适用对象：电子称，平台秤。

外壳材质：合金钢。

特殊要求：不得用于高频动态环境。

2.选用的元件和工作原理

选用的元件：线圈，铁心，衔铁，连接导线，合金钢外壳。工作原理：

1-线圈2-铁心3-衔铁

（a）可变磁阻结构

（b）特性曲线

可变磁阻式电感传感器结构原理图如上图所示。它由铁圈、铁心和衔铁组成，在铁心与铁心之间有空隙δ。由电工学得知，线圈

自感量L 为：M

R N L 2

= 式中 N ------线圈匝数；

R m ------磁路总磁数。

如果空气气隙δ较小，而且不考虑磁路的铁损时，则总磁阻

00μδ2μA A l R m +=

式中 l -----铁心导磁长度；

μ----铁心磁导率

A ----铁心磁导截面积

δ-----气隙长度

μ0----空气磁导率，μ0=4πx10-7H/m;

A 0------空气气隙导磁截面积（m 2）。

因为铁心磁阻与空气气隙的磁阻相对很小，计算时可以忽略，故 002A R m μδ

≈ 代入M R N L 2

= 则 δ

μ2002A N L = 上式表面，自感L 与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积A 0成正比。当固定A 0，变化δ时，L 与δ呈非线性关系（见图b ），此时传感器的灵敏度20022δ

μA N S =。

灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。由于S不是常数，故会出现非线性误差。为了减少这一误差，通常规定在较小间隙变化范围内工作。设间隙变化范围为（δ0，δ0 +Δδ）。一般实际应用中，取Δδ/δ0≤0.1。这种传感器适用于较小位移的检测，一般约为0.001~1mm。

电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。它的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于衔铁时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，放大电路处理后可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。

3.测量方法

电感传感器由线圈（1）、铁芯（2）和衔铁（3）三部分组成。铁芯

和衔铁由导磁材料如硅钢片

或坡莫合金制成，在铁芯和

衔铁之间有气隙，气隙厚度

为δ，传感器的运动部分与衔

铁相连。当衔铁移动时，气

隙厚度δ发生改变，引起磁

路中磁阻变化，从而导致电

感线圈的电感值变化，因此

只要能测出这种电感量的变

化，就能确定衔铁位移量的

大小和方向。当测量压力时，将衔铁和合金钢连在一起，由于合金钢在受到外力F时，会产生微小的弯曲变形，我们使合金钢的弯曲变形范围控制在0.001~1mm内（即控制合金钢形变范围在电感传感器的位移范围内），根据外力与合金钢弯曲形变之间的关系，我们得出外力与衔铁位移之间的关系式，从而得出一一对应的关系曲线，这样每一个外力都对应着线圈的电压，达到电感式传感器测压力的目的。

4.外观设计

课程设计小结

本次的电感式压力传感器设计是在学习了一学期的《机械工程测试技术基础》的总结，在设计过程中不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计中，我们学会了很多学习的方法。在本次设计中，明显感觉到仅仅依靠课本的知识是远远不够的，需要自己去查询相关资料，试着自己去总结，这些经历对现阶段来说非常宝贵，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

最后，还要感谢老师在辅导过程中给予的大力支持和帮助。

参考文献

[1] 熊诗波黄长艺.机械工程测试技术基础.北京：机械工业出版社，2006.5。

[2]谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002:80-90.