传感器课程设计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:磁电感应式位移传感器学生姓名:学院:机电工程学院专业:测控技术与仪器学号:指导教师:杨书仪凌启辉2017年6月12日传感器、测控电路课程设计任务书一、设计题目磁电感应式位移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…………………………………………02误差分析…………………………………………………………………10测量电路的设计…………………………………………………………12绘制测振传感器的电路图………………………………………………14附录………………………………………………………………………15参考资料…………………………………………………………………15正文确定结构所选定的结构如下图1所示,它就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与给定空间的分配尺寸如图2所示。采用磁场分割法,计算气隙磁导与扩散磁导值。由于铝与铜就是不导磁体,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。它就是一个界面为矩形的旋转体,就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。它就是一个截面为半圆(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=18、85cm图4图5③磁导。它就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7④扩散磁导为⑤总磁导为求工作点。利用总磁导与去磁曲线,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,其它的去磁曲线与能量曲线如图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就是: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,于就是得。传感器的刚度与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。根据各零件的尺寸与所用材料的比重,可求的活动部分的总重量=0、28N,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,所以这个设计就是不合理的。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。图9图10阻尼系数的计算电磁阻尼器的结构如图10所示。阻尼筒采用铝材料,壁厚为。阻尼筒中感应电动势为其中式中为阻尼筒平均长度,且有为阻尼筒运动速度(cm/s);为阻尼筒电阻,且有