电感式传感器测量液位高度

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1、电感式传感器测液位高度在监测锅炉水位方面的应用第17页共17页1设计名称：22摘要33应用背景与目的：34设计原理：35设计任务及技术指标：46悬臂梁结构设计：47应变电桥的选择及设计计算58电桥电路的选择设计与分析8第17页共17页◆一.设计名称：电感式传感器测液位高度◆二.摘要当液位高度变化时，引起浮子的变化，浮子与衔铁相连，进而带动衔铁运动，衔铁的运动，使差动变压器的次级线圈互感电流变化，输出电流（电压）发生变化。通过电表将变化信息显示出来，实现物理量等非电量向电量的转化。◆三.应用背景与目的：锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。因此，水位高度的监

2、测尤为重要。将电感式传感器，应用到锅炉系统当中，对锅炉水位进行实时监测，能时刻掌握锅炉水位变化情况，防止意外发生。◆四.设计原理：  第17页共17页1.差动变压器：一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压装置。用于测量位移、压力、振动等非电量参量。它既可用于静态测量，也可用于动态测量。差动变压器的基本组成部分包括一个线框和一个铁心。在线框上设置一个原绕组和两个对称的副绕组，铁心放在线框中央的圆柱形孔中。在原绕组中施加交流电压时，两个副绕组中就会产生感应电动势e1和e2。如果两个副绕组按反向串联(图1),则它的总输出电压u2=u21－u22≈e1－e2。当铁心处在中央位置时，由于对称

3、关系，e1=e2，输出电压u2为零。如果铁心向右移动，则穿过副绕组2的磁通将比穿过副绕组1的磁通多，于是感应电动势e2>e1，差动变压器输出电压u2不等于零,而且输出电压的大小与铁心位移x之间基本成线性关系,其特性如图2所示，呈V字形。用适当的测量电路测量,可以得到差动变压器输出与位移x成比例的线性读数。最常用的测量电路是差动整流电路，它把两个次级电压分别整流后，以它们的差作为输出。差动整流电路有电流输出型和电压输出型，前者用于连接低阻抗负载的场合；电压输出型差动整流电路则用于连接高阻抗负载的场合.差动变压器的结构原理与等效电路分气隙型和差动变压器两种。目前多采用螺管型差动变压器。其

4、基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。螺管形差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。第17页共17页(a)气隙型(b)螺管型1初级线圈;2.3次级线圈;4衔铁三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。差动变压器线圈各种排列形式1 初级线圈；2次级线圈；3衔铁在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。初级线圈的复数电流值为在次级线圈中感应出电压e2

5、1和e22，其值分别为第17页共17页2.测量电路：差动变压器输出电压为交流信号，它与衔铁移动的位移成正比。用交流电压表测量其输出值只能反映衔铁位移大小，不能判别衔铁移动的方向，因此采用差动整流电路来实现方向这一问题。电路图如下：全波整流电路和波形图该电路是根据半导体二极管单向导通原理进行解调的，假设传感器上面的二次线圈的输出瞬时波形为上半周，a点为正，b点为负，则在上线圈中，电流自a点出发，路径是a-1-4-2第17页共17页-3-b。反之，如a点为负，b点为正，则电流路径为b-3-4-2-1-a。可见，无论二次线圈输出电压瞬时极性如何，通过电阻R的电流总是4-2。3.整体思路：当

6、液位高度变化时，引起浮子的变化，浮子与衔铁相连，进而带动衔铁运动，衔铁的运动，使差动变压器的次级线圈互感电流变化，输出电流（电压）发生变化。通过电表将变化信息显示出来，实现物理量等非电量向电量的转化。◆五.零件尺寸：⑴量程：0-3.15m；⑵浮子：材料为钢（密度为ρ=7.8×103kg/m3）外径D=50mm，空心直径d=48mm；质量为32.7g⑶滑轮：D滑轮=50mm；⑷传动轴：长度为24mm，螺距为1mm，直径为10mm；⑸电桥电压：5V。◆六.结构设计：1.变压器：220v/6.4v=n1/n2,线圈匝数之比约为34.原理图如下：第17页共17页2.测量电路：基本原理图如下，

7、水位的变化引起浮子系统变化，进而带动衔铁的运动，使二次线圈的互感发生变化，导致电流表示数变化。实现了非电量向电量的转化，达到测液位高度的目的。3.浮子传动结构设计及计算第17页共17页（1）.浮子尺寸计算：查阅资料得知，浮子结构为空心球，外径D=50mm，材料为钢（密度为ρ=7.8×103kg/m3）。浮在水面时有一半的体积在空气中。∴G=F浮，m=ρv∴7.8×103kg/m3×4/3×3.14×[(0.05/2)3-r3]×10N/kg=1×103kg