压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其大范围的应用于各种工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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,而我们一般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。
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:
电感传感器是由线)三部分所组成。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,因此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。当测压时,将衔铁和合金钢连在一起,由于合金钢在收到外部作用力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。
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相同,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,处理电路能把这个电感的变化转化成相应的信号输出,进而达到测压的目的。电感式压力传感器的优点是灵敏度高、测量范围大;缺点在于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。
[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.
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足的,要自己去查询有关的资料,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成熟,会面对需要面对的事情。
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,δ0Δδ)。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。
电感式传感器是由三大部分所组成: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相同,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,进而达到测压的目的。
上式表面,自感L与气隙δ成反比,而与气隙导磁截面积A0成正比。当固定A0,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 。