磁电式传感器测振动位移.doc

湖南科技大学
课程设计
课程设计名称: 传感器课程设计
学生姓名:
学院: 机电工程学院
专业及班级: 测控技术与仪器1班
学号:
指导教师:
2016 年 6 月 6 日
传感器、测控电路课程设计任务书
一、设计题目
磁电式测振传感器的设计
设计要求
(1)测得位移灵敏度为
可测得频率范围为0~500Hz时,最大加速度为10g。
可测得频率在0~600Hz、振幅范围为时,幅值误差为;相位误差在50Hz时为。
工作温度为
目录
确定结构…………………………………………………………………01
原始给定数据……………………………………………………………01
磁电式传感器的参数设计计算…………………………………………01
误差分析…………………………………………………………………08
测量电路的设计…………………………………………………………11
绘制测振传感器的电路图………………………………………………12
附录………………………………………………………………………12
参考资料…………………………………………………………………13
正文
确定结构
所选定的结构如下图1所示,它是为测量振动用的一种磁电式传感器。
图1
二、原始给定数据
(1)测得位移灵敏度为
(2)可测得频率范围为0~500Hz时,最大加速度为10g。
(3)可测得频率在0~600Hz、振幅范围为时,幅值误差为;相位误差在50Hz时为。
(4)工作温度为
三、磁电式传感器的参数设计计算
1、磁路计算
测振传感器的结构和给定空间的分配尺寸如图2所示。采用磁场分割法,计算气隙磁导和扩散磁导值。由于铝和铜是不导磁体,相当于空气隙一样,图中没有画出。根据磁场分布趋势,可将每一边的磁导近似分割成如图3所示的。两边磁路对称,总磁
图2 、3
导及工作点求法如下。
求总磁导。
①磁导。它是一个界面为矩形的旋转体,是属于同心的圆柱与圆筒之间的磁导,如图4所示。由图给定的尺寸可知
查《新编传感器技术手册》(李科杰主编)P358表12-2得
②磁导。它是一个截面为半圆(直径为)的旋转体,如图5所示
同理,查《新编传感器技术手册》(李科杰主编)P358表12-2得
这里取平均周长,即=
图4 图5
③磁导。它是一个截面为半空心圆的旋转体,如图6所示。
查《新编传感器技术手册》(李科杰主编)P358表12-2得
这里取平均周长,取,则
图6 图7
④扩散磁导为
⑤总磁导为
求工作点。利用总磁导和去磁曲线,用作图法找到工作点。
选用国产铝镍钴永磁合金作永磁材料,其它的去磁曲线和能量曲线如图7所示。
其中
解得。作出角与去磁曲线的相交点即为工作点。由图8可知,在点处的。
2、线圈设计及灵敏度估算
线圈设计的根据是:①满足给定灵敏度的要求;②满足线圈电阻与负载电阻的匹配;③线圈散热;④磁场反应等问题。
(1)线圈的设计。取线圈直接绕在骨架上,绕完后再包两层厚的电容纸,两种线圈均用漆包线,其裸导线直径,绝缘导线直径,工作线圈最大匝数估算如下。
①工作线圈最大匝数为
式中
则
②补偿线圈最大匝数
③实际线圈的匝数。因为工作线圈产生的感应电势为
补偿线圈的感应电动势为
为达到完全补偿,使,则,设计时取匝,匝。
(2)灵敏度的估算。线圈的感应电势为,则其有效值为
总电动势
即
图8
由图8得
每匝线圈的平均长度为
则
所以,传感器的灵敏度为
如果设计技术指标给出了灵敏度的要求,可先根据灵敏度的要求,用相反的方法去试凑线圈的匝数,经多次计算,确实达不到要求时,就要改变磁路尺寸,这样反复多次直到满足为止。
传感器的固有频率及阻尼度的初步估算
幅频特性
本设计技术指标要求:待测频率为时,允许幅值误差为;相位误差在50Hz时为。由幅频特性可知:当取时,,即能满足,因此初步选定
由,于是得。
传感器的刚度和弹簧设计
刚度的计算。传感器的刚度要考虑满足的要求,也要保证弹簧在垂直工作时,不至于产生过于严重的静绕度。
设为传感器运动部分的总重量。根据各零件的尺寸和所用材料的比重,可求的活动部分的总重量=,则的值为
静绕度为
对于各种板簧,常常允许绕度限于,本设计测量振幅范围为,故弹簧片得最大绕度为
显然,这个值太大了,所以这个设计是不合理的。应给与适当补偿。现取,则刚度为
由
故
弹簧的设计。本设计采用的弹簧片的结构如图9所示。