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.
