測控電路課程設(shè)計

1、<p>　　《測控電路和傳感器課程 設(shè)計》</p><p><b>　　設(shè)計題目：</b></p><p>　　測控電路：開關(guān)型振幅調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)</p><p><b>　　計與調(diào)試</b></p><p>　　傳 感 器：差動變壓器型位移傳感器設(shè)計</p><

2、p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一部分：測控電路</b></p><p>　　一：實驗任務(wù)、要求及內(nèi)容..................................................（3）</p><p>　　二：實驗過程及原理.....................

3、............................................(3)</p><p>　　三：分析誤差原因....................................................................(11)</p><p>　　四：分析電路中產(chǎn)生的故障...................................

4、..............（13）</p><p>　　五：實驗總結(jié).........................................................................（13）</p><p>　　第二部分：傳感器部分</p><p>　　一．差動變壓器的工作原理………………………………（13）</p>

5、<p>　　二．螺管型差動變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………（15）</p><p>　　三．螺管型差動變壓器的參數(shù)計算………………………（15）</p><p>　　四．差動變壓器的誤差……………………………………（23）</p><p>　　五：實驗總結(jié)…………………………………………（28）</p><p>　　六：參考文獻…

6、………………………………………（28）</p><p><b>　　測控電路部分</b></p><p>　　一：實驗任務(wù)、要求及內(nèi)容</p><p>　　1任務(wù)：利用場效應(yīng)管的開關(guān)特性，實現(xiàn)低頻信號的幅值調(diào)制與解調(diào)，以抑制噪聲干擾，提高信噪比。</p><p>　　2要求：參考指定的資料，設(shè)計出相應(yīng)的各部分電路，組裝與

7、調(diào)試該電路，試驗其抗干擾性能。</p><p>　　3內(nèi)容：（1）.分析各部分電路工作原理，選擇相應(yīng)的參數(shù)。</p><p>　?。?）.畫出完整的電路圖。</p><p>　?。?）.分析電路實驗中產(chǎn)生的故障。</p><p>　?。?）.分析誤差原因。</p><p>　　4電路參數(shù)：調(diào)制信號：正弦波 頻率&

8、lt;500HZ 幅值<0.1v 。 </p><p>　　載波：方波 頻率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空 比：50%。</p><p>　　調(diào)制后信號幅值>5v。</p><p>　　5時間安排建議：全部時間一周。其中：設(shè)計1-2天，調(diào)試2-3天，總結(jié)1天安排1天。</p><p><b

9、>　　二：實驗過程及原理</b></p><p>　　（一）元器件的可靠性檢驗：</p><p>　　1.運放的可靠性檢驗：先用運放搭成跟隨器，輸入正弦信號，用示波器檢驗器是否跟隨；之后用運放搭成反向放大器，輸入正弦信號看輸出幅值與相位；</p><p>　　2.穩(wěn)壓管的匹配：將穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電阻構(gòu)成穩(wěn)壓電路，接入電源，測其性能參數(shù)，選擇穩(wěn)壓值相近

10、的兩個穩(wěn)壓管。</p><p>　　3導(dǎo)線的可靠性檢驗：把將要用到的導(dǎo)線全部用萬用表檢測其通斷；</p><p><b>　　（二）原理方框圖：</b></p><p>　?。ㄈ┓讲òl(fā)生電路： </p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　方波發(fā)

11、生電路中，積分電路的電壓電流關(guān)系: </p><p>　　其中是t=0時電容器已存儲的電荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到：</p><p>　　常量根據(jù)初始條件確定，即t=0時，（0）==Q0/C.</p><p>　　當(dāng)輸入為常量時，輸出為：</p><p>　　可見輸入為方波時輸出為三角波。</p><p>　

12、　上圖為遲滯比較電路，該電路用的是同向遲滯比較電路。R1=0時，ui接地，UR接輸入，Uo接輸出，門限電壓由求得： 。由穩(wěn)壓管確定.由此我們選定電阻R1=10KΩ，R2=10KΩ，R3=30KΩ，R4=2.2KΩ，電容C=0.01μF，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5V。</p><p>　　綜上所述，該電路前一部分是積分電路，后一部分為滯回比較器。作用：（a）積分電路：利用RC回路的充放電來產(chǎn)生三角波。（b）滯回電路：產(chǎn)生方

13、波，方波的頻率為f=R3/4*R1*R2*C。計算可以得到：方波的頻率f=7500Hz，方波的占空比為50%。該電路中調(diào)節(jié)R1，R2，R3的阻值和C的容值，可以改變振蕩頻率；調(diào)節(jié)R1，R2的阻值可以改變方波的幅值。</p><p>　　知該方波發(fā)生電路為調(diào)制電路和解調(diào)提供開關(guān)信號Ua和Ub，進而控制三極管的導(dǎo)通和截止，并且Ua和Ub是一對相位相反的方波信號，則可知該電路后應(yīng)該接一個反向器用來產(chǎn)生相位相反的信號Ub

14、。</p><p>　　方波發(fā)生電路的仿真電路如圖所示：</p><p>　　方波發(fā)生電路產(chǎn)生的方波如下圖所示：</p><p>　?。ㄋ模┟}沖平衡調(diào)制電路：</p><p>　　脈沖平衡調(diào)制電路如下圖所示，它由兩個電子開關(guān)，一個運算放大器和兩個脈沖信號Ua和Ub組成。電路中電阻均為5.1KΩ，接方波處的電阻為2.2KΩ，放大器處的反饋電阻為

15、10.2KΩ。</p><p>　　根據(jù)調(diào)制電路的中的香農(nóng)定理，至少要求載波信號的頻率大于10倍的調(diào)制信號的頻率，解調(diào)時才可以較好的將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號，并且由乃奎斯特采樣定理：為了保留一個頻率分量的全部信息，一個周期的間隔至少抽樣兩次，即必須保證Ws>=2*Wm或者Fs>=2*Fm。</p><p>　　該電路中輸入的正弦波的頻率f=400Hz，此時方波的脈

16、寬為0.125ms時，則有頻率f=4000Hz，滿足香農(nóng)定理的要求，可以防止頻率混疊的現(xiàn)象。</p><p>　　電路中的電子開關(guān)用兩個晶體管構(gòu)成。兩個輸入脈沖信號Ua與 Ub的幅值和頻率相等，相位相反。Ua，Ub如下圖所示：</p><p>　　當(dāng)Ua為高電平時，Q1導(dǎo)通，Q2截止，a點接地，運算放大器則處于同向放大狀態(tài)。其閉環(huán)增益為： </p>&

17、lt;p><b>　　2R</b></p><p>　　GI1= — ————— = —1</p><p><b>　?。≧+R）</b></p><p>　　當(dāng)Ub為高電平時，Q2導(dǎo)通，Q1截止，b點接地，運算放大器則處于反向放大狀態(tài)。其閉環(huán)增益為：</p><p>　　R 2

18、R</p><p>　　GI2 = —————(1 + —— ) = +1</p><p>　?。? R+R） R</p><p>　　由此可見，當(dāng)增益為GI1時，輸出信號為 –Ui, 而當(dāng)?shù)诙N狀態(tài)時，輸出 信號為+Ui 。這樣，由于兩個晶體管受到兩個相位相反的脈沖控制，使輸入信號Ui的極性不斷地“變換”，所以在輸出端就得到與輸入信號相反

19、的脈沖平衡調(diào)制波</p><p>　　調(diào)制電路仿真圖如下所示：</p><p>　　仿真電路（調(diào)制電路）產(chǎn)生的波形如圖所示：</p><p><b>　?。ㄎ澹┓糯笃鳎?lt;/b></p><p>　　由于調(diào)制信號的幅值較小不便于后續(xù)的測量，要經(jīng)過放大電路的放大后再送入解調(diào)電路。要求的調(diào)制信號的參數(shù)：調(diào)制信號：正弦波.頻率&

20、lt;500HZ ，幅值<0.1v?？芍糯?倍，幅值為0.5V，作為解調(diào)電路的輸入信號。</p><p>　?。┟}沖平衡式解調(diào)電路：</p><p>　　下圖為雙極性振幅調(diào)制電路的電路圖，在這里研究該電路的解調(diào)。圖為現(xiàn)行較好的脈沖平衡式雙開關(guān)解調(diào)電路，由兩個運算放大器和兩個電子開關(guān)組成。其中，A2為反向放大器，A1位反向加法器。晶體管Q1和Q2是兩個電子開關(guān)，C為交流耦合電容，

21、起隔直流作用。</p><p>　　反向器A2使A點電壓與輸入信號反相，B點電壓與輸入信號相同。由于所有元件全是對稱匹配的，所以Ua與 Ub也是反相對稱的。</p><p>　　Ua與Ub是兩個極性相反的脈沖序列，其頻率和幅值是相同的。由這兩個脈沖信號交替控制電子開關(guān)。當(dāng) Ua為正電平，Ub為負(fù)電平，即電子開關(guān)Q4導(dǎo)通，Q3截止時，O點對地短路，B點電壓不能輸給A2，P點電壓可輸給A2,其

22、輸出為：</p><p><b>　　R6 </b></p><p>　　Uo(t) = --——— Ua(t)</p><p><b>　　R3+R5</b></p><p>　　假設(shè)ui (t)為正電平，當(dāng)t從0～t1時，輸入信號ui (t)由包線路1決定，即由正的載波決定。在Q3截止Q4

23、導(dǎo)通的條件下，ui (t)首先被A1反相，即A點電壓uA（t）= ui (t)，將這個關(guān)系帶入Uo（t）得到：</p><p><b>　　R6</b></p><p>　　Uo（t）= ———— Ui (t)</p><p><b>　　R3+R5</b></p><p>　　可見，輸出ui (t

24、)也是正值，與ui (t)同相位。在A點電壓為Ua（t）＝－Ui (t)，Ub（t）＝Ui (t)。與此同時，控制方波脈沖 Ua與Ub也反向，即Ua為負(fù)電平Ub為正電平，電子開關(guān)Q3導(dǎo)通，Q4截止。因此P點對地短路，A點電壓不能傳輸給A2，而Q點對地“斷路”,B點電壓可以傳輸給A2。所以A2地輸出為：</p><p><b>　　R6</b></p><p>　　Uo

25、（t）= － --------------- Ui (t)</p><p><b>　　（R3+R5）</b></p><p>　　由方程uo（t）顯然可以知道，增益仍然為R6/(R3+R5),與線段1的增益相同。</p><p>　　在電路中，如果取值R6=R3+R5,，則輸出曲線與輸入信號曲線的包絡(luò)線相同。而且，由于這是用運算放大器構(gòu)成的解

26、調(diào)電路，所以對小信號也可以得到良好得線性度。</p><p>　　電路中輸出所存在的紋波，可以進行適當(dāng)?shù)臑V波。如果輸入信號Ui需要阻抗變換以增加其帶負(fù)載的能力，可以在A1的前面另外一個緩沖放大器，即為（五）中的放大器。</p><p>　　解調(diào)電路的仿真圖如下：</p><p>　　仿真電路（解調(diào)電路）產(chǎn)生的波形如圖：</p><p><

27、;b>　　(七)低通濾波器：</b></p><p>　　低通濾波器的參數(shù)：R1=5.1KΩ，C1=200pF，解調(diào)信號中的低頻信號可以通過。濾除解調(diào)信號中的的干擾信號，進而更好的還原出來原來的波形。</p><p><b>　　三：分析誤差原因</b></p><p>　?。?）經(jīng)計算后搭建的電路兩路方波幅值相等，相位相反，

28、占空比為50%，與預(yù)期效果基本相同，但仍存在一定問題。</p><p>　　1.三角波的頂端有時會有部分失真</p><p>　　產(chǎn)生原因：通過匹配R、C使理論輸出幅值大于運放的線性放大輸出范圍，而使輸出出現(xiàn)非線性失真，如果門限電壓選擇較高可能會導(dǎo)致無輸出或輸出錯誤；</p><p>　　解決辦法：選擇合適的運放，計算好RC環(huán)節(jié)，選取合適的電阻與電容，適當(dāng)減小門限電

29、壓。</p><p>　　2.輸出方波近似為梯形波</p><p>　　產(chǎn)生原因：由于運算放大器在比較輸出時會經(jīng)過一個線性區(qū)，由高向低（后有低向高）的過渡而產(chǎn)生；</p><p>　　解決辦法：通過匹配R2與R3可以減小線性區(qū)但不能消除。</p><p>　?。?）在設(shè)計時臨時把場效應(yīng)管換成9013三極管，由于場效應(yīng)管有負(fù)夾斷電壓，而三極管只

30、能在PN結(jié)呈正電壓時才開啟，所以要把原來的原理圖進行改變，把用于反向?qū)ǖ亩O管換成限制基極電流的限流電阻。</p><p>　　1.輸出的調(diào)制后波形出現(xiàn)相鄰波峰幅值不等現(xiàn)象</p><p>　　產(chǎn)生原因：輸入含有直流分量，在經(jīng)調(diào)制后與直流分量符號同向的正弦波形幅值變高，與直流分量符號相反的正弦波形幅值變小。而且會有輸入越小復(fù)制相差越大，的現(xiàn)象。</p><p>　

31、　解決辦法：匹配電容濾去部分直流分量，小輸入可以先做放大處理，濾波后接入調(diào)制電路。</p><p>　?。?）1.在方波信號接入該電路時出現(xiàn)帶負(fù)載能力不足現(xiàn)象</p><p>　　解決辦法：由UA、UB接跟隨器以提高其帶負(fù)載能力。</p><p><b>　　輸出信號有毛刺。</b></p><p>　　產(chǎn)生原因：因輸入

32、脈沖信號不是標(biāo)準(zhǔn)的方波而是近似梯形波，在線性區(qū)會由Q3與Q4同時開的時刻，此時輸出會有短暫的低電平毛刺現(xiàn)象</p><p>　　解決辦法：輸出信號接入低通濾波器根據(jù)輸出頻率算出匹配電阻與電容即可，有源無源濾波器皆可，現(xiàn)象都很好。</p><p>　　四：分析電路實驗中產(chǎn)生的故障</p><p>　　信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號作為載波信號輸入下一級時，發(fā)現(xiàn)幅值出現(xiàn)衰減，

33、分析電路原因，是方波信號的帶負(fù)載能力差，所以在方波信號后面加了一個跟隨器，同時，跟隨器還有隔離電路的作用。</p><p>　　調(diào)制后波形有因方波邊沿不平滑引起的毛刺現(xiàn)象，最后可以在電路后面加一低通濾波電路可以減小毛刺現(xiàn)象。</p><p>　　因輸入信號含有直流分量而使調(diào)制后波形同一周期的兩幅值不等。</p><p><b>　　五：實驗小結(jié)：</

34、b></p><p>　　本次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西，尤其是電路的設(shè)計與調(diào)試。在課程設(shè)計過程中遇到了許多課本上不會出現(xiàn)的問題，比如：波形不是很理想，有毛刺，電路的調(diào)試中的故障等，經(jīng)過老師的指點和同學(xué)們的細(xì)心研究后都被一一克服。這讓我體會到了實踐的快樂，這些都是在平時體會不到的。經(jīng)過了這次的課程設(shè)計，我對所學(xué)的知識也有了更深刻的理解，比如測控電路的波形的產(chǎn)生，調(diào)制和解調(diào)等等。焊接的過程也很有趣，不僅讓我明

35、白實踐的重要性，更讓我體會到了小小的成就感。希望我們能在這次實踐的鼓舞和帶動下更加認(rèn)真的學(xué)習(xí)，更加努力地學(xué)習(xí)課程知識和多多實踐。</p><p><b>　　傳感器部分</b></p><p>　　一．差動變壓器的工作原理</p><p>　　把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的

36、, 并且次級繞組都用差動形式連接, 故稱差動變壓器式傳感器。 </p><p>　　差動變壓器式傳感器中兩個次級線圈反向串聯(lián), 并且在忽略鐵損、 導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下, 其等效電路如下圖所示。 當(dāng)初級繞組N1加以激勵電壓U1 時, 根據(jù)變壓器的工作原理, 在兩個次級繞組N2a和N2b中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢E2a和E2b。 如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱,則當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時,　必然會使兩互

37、感系數(shù)M1=M2。根據(jù)電磁感應(yīng)原理, 將有 E2a=E2b。由于變壓器兩次級繞組反向串聯(lián),因而U2=E2a-E2b=0，即差動變壓器輸出電壓為零。  </p><p>　　差動變壓器等效電路，當(dāng)次級開路時有 </p><p><b>　　

38、</b></p><p>　　式中: ω——激勵電壓 U1 的角頻率; </p><p>　　U1 ——初級線圈激勵電壓; </p><p>　　I1 ——初級線圈激勵電流; </p><p>　　r1、 L1——初級線圈直流電阻和電感。</p><p>　　根據(jù)電磁感應(yīng)定律, 次級繞組中感應(yīng)電

39、勢的表達式分別為:</p><p>　　由于次級兩繞組反向串聯(lián), 且考慮到次級開路, 則由以上關(guān)系可得:  </p><p><b>　　</b></p><p><b>

40、　　輸出電壓的有效值為</b></p><p>　　 </p><p>　　下面分三種情況進行分析。</p><p>　　(1) 活動銜鐵處于中間位置時</p><

41、;p>　　 M1=M2=M </p><p><b>　　故U2 =0。</b></p><p>　　(2) 活動銜鐵向上移動時</p><p>　　 M1=M+ΔM M2=M-ΔM</p><p>　　故 U2 =2ωΔM U1 /［r21+（ωL1）2］1/

42、2, 與E2a同極性。 </p><p>　　(3) 活動銜鐵向下移動時</p><p>　　 M1=M-ΔM M2=M+ΔM</p><p>　　故 , 與 E2b同極性。 </p><p>　　綜上所述：差動輸出電動

43、勢為，</p><p>　　所以，差動變壓器輸出電動勢為兩副邊線圈互感之差的函數(shù)。</p><p>　　二．螺管型差動變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　螺線管式差動變壓器按線圈繞組排列的方式不同可分為一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、四節(jié)和五節(jié)式等類型, 如圖所示。 一節(jié)式靈敏度高, 三節(jié)式零點殘余電壓較小, 通常采用的是二節(jié)式和三節(jié)式兩類。 如下圖所示：</p>

44、<p>　　三．螺管型差動變壓器的參數(shù)計算</p><p>　　現(xiàn)以三節(jié)式螺管型差動變壓器式傳感器為例來說明參數(shù)的設(shè)計計算方法，其結(jié)構(gòu)如圖（C）。</p><p>　　由數(shù)學(xué)模型可知：所推導(dǎo)處的各種公式是設(shè)計螺管型差動變壓器式傳感器的主要依據(jù)。</p><p><b>　　激磁繞組長度的確定</b></p><p

45、>　　通常是在給定非線性誤差及最大動態(tài)范圍的條件下來確定值，即</p><p><b>　　聯(lián)立以上各式解得</b></p><p>　　取b=1.782cm，k=0.1574cm。 </p><p><b>　　銜鐵的長度的確定</b></p><p>　　由結(jié)構(gòu)圖二的幾何尺寸關(guān)系可知，鐵芯

46、的長度為</p><p>　　式中、--銜鐵在兩個副邊繞組中的長度；</p><p>　　--初次線圈間骨架厚度；</p><p>　　--原邊線圈的長度；</p><p>　　--兩副邊繞組長度；</p><p>　　初始狀態(tài)時有，則銜鐵的長度由圖二的幾何尺寸有</p><p>　　設(shè)計時，一

47、般取，故有，通常取，則</p><p>　　求得b=1.782cm，求得l1=l2=1.362cm</p><p><b>　　副邊線圈長度的確定</b></p><p>　　設(shè)：銜鐵插入到兩個副邊繞組的長度分別為、，且在初始狀態(tài)時： ；</p><p>　　最大動態(tài)范圍為已知給定值。則應(yīng)該成立，才能保證銜鐵工作時不會超

48、出線圈以外。一般取，則</p><p>　　式中，--保證在最大動態(tài)范圍時銜鐵仍不會超出線圈之外的保險余量。一般取，在值較小時，值可取大一些。此處取為，</p><p><b>　　求得。</b></p><p><b>　　經(jīng)驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　一般銜鐵長度與銜鐵半徑之比可取為&l

49、t;/p><p>　　骨架外徑與內(nèi)徑之比可取為</p><p>　　在設(shè)計骨架內(nèi)徑與銜鐵半徑應(yīng)盡量取得相近，即，這樣可簡化計算工作量。</p><p>　　由為，求得為，為（取）。</p><p><b>　　激磁電壓頻率的選定</b></p><p>　　電源電壓的頻率會影響到靈敏度鐵損和耦合電容以

50、及線圈阻抗的損耗等。其結(jié)果都將影響輸出電壓的大小，所以對電源頻率的選擇也是一個非常重要的參數(shù)，由于上述原因，電源頻率需要根據(jù)頻率特性來選取。 </p><p>　　在忽略傳感器的渦流損失，鐵損失和耦合電容等影響，其等效電路如圖三所示。</p><p

51、>　　設(shè)：、--初級線圈激磁電壓及電流；</p><p>　　、--初級線圈電感及電阻</p><p>　　、--初級與次級線圈間互感</p><p>　　、、、--次級線圈的電感與電阻值</p><p>　　--兩個次級差動電勢</p><p>　　由等效電路有以下各式成立：</p><p&

52、gt;　　聯(lián)立以上各式 解得：</p><p><b>　　令，則上式變?yōu)?</b></p><p><b>　　由此式可知</b></p><p><b>　　，即增加，也增加</b></p><p>　　當(dāng)時，則，此時輸出與頻率無關(guān)</p><p>

53、;　　當(dāng)超出某一值（取決于銜鐵材料），則集膚效應(yīng)增加，使鐵損等增大，輸出減小而使靈敏度減小。</p><p>　　靈敏度與間特性曲線如圖四所示，其靈敏度為</p><p><b>　　由圖四知</b></p><p>　　電源頻率應(yīng)選在曲線中間平坦區(qū)域，保證頻率無變化時電壓保持不變。</p><p>　　根據(jù)鐵芯使用的磁

54、性材料來確定最高頻率，以保證靈敏度不會變，這樣既可以放寬對頻率穩(wěn)定性的要求，又可以在一定能夠電壓下減小磁通或安匝數(shù)。從而減小傳感器的尺寸。</p><p><b>　　靈敏度的確定</b></p><p>　　靈敏度為</p><p>　　原邊與副邊繞組匝數(shù)的確定</p><p>　　由6中式可知：當(dāng)安匝數(shù)增

55、加時，可使靈敏度增加，但的增加將受到線圈導(dǎo)線允許電流密度、導(dǎo)線散熱面積以及磁飽和等因素的限制。下面利用這三個條件來確定和。</p><p>　　1）按允許的電流密度計算安匝數(shù)</p><p>　　由電流密度的定義和窗口面積容納線圈的約束條件，有以下各式成立：</p><p><b>　　聯(lián)立上述兩式解得</b></p><p

56、><b>　　故得</b></p><p>　　式中，--電流密度，??；</p><p><b>　　--導(dǎo)線截面積；</b></p><p>　　--骨架窗口截面積；</p><p>　　--填充系數(shù)，（=，?。?；</p><p>　　Q=7.525cm2；&

57、lt;/p><p>　　求得IN=1.505X105A；</p><p>　　由式可見，增大，數(shù)增加，但受幾何尺寸限制。</p><p>　　2）按線圈發(fā)熱計算值</p><p>　　因為線圈有銅損耗電阻，所以要消耗一定的功率而轉(zhuǎn)換為熱量，為了保證線圈不被燒壞，必須滿足以下條件。</p><p>　　設(shè)：為每瓦功率所需要的

58、散熱面積，為線圈外表散熱面積，則應(yīng)滿足</p><p><b>　　聯(lián)立上述各式，解得</b></p><p>　　式中--導(dǎo)線電阻率，取銅導(dǎo)線在室溫下的電阻率，為</p><p>　　--每匝平均長度，求得為</p><p><b>　　取</b></p><p><

59、b>　　.</b></p><p><b>　　求得IN2≤2</b></p><p><b>　　代入求得≤356</b></p><p>　　由式可知：要使增加，則必使和增大，同時使減小，所以決定了傳感器為細(xì)長形狀的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3）按磁飽和計算安匝數(shù)</p

60、><p>　　因為磁路中由激磁電流確定的磁通量為</p><p><b>　　所以得</b></p><p>　　為使工作在磁化曲線的線性段，需要滿足一下條件：</p><p>　　式中 --基本磁化曲線飽和點的磁感應(yīng)強度；材料為坡莫合金，取Bc=0.5T；</p><p>　　--導(dǎo)磁體截面積

61、；計算得；</p><p>　　--材料磁阻，計算為;</p><p><b>　　求得為;</b></p><p>　　綜合三者，取最小值為=，</p><p>　　工程設(shè)計時，常利用式式和式三個公式，采用試探法來確定值，其步驟如下：</p><p><b>　　先由式計算出一個值&l

62、t;/b></p><p>　　將計算出的值代入式和式中進行驗算，經(jīng)過反復(fù)修正后得到滿意的值。</p><p>　　再由，算出值，從而得到的值（）。</p><p><b>　　取，； </b></p><p>　　8.差動變壓器變壓比的確定</p><p><b>　　由式得，&

63、lt;/b></p><p>　　若使次級繞組增加，將會造成零漂移且電阻增加造成銅損增大，并易受到干擾。</p><p>　　因此，一般設(shè)計時，當(dāng)初級線圈的匝數(shù)為匝~匝時，常取。</p><p><b>　　要求；</b></p><p><b>　　求得</b></p><

64、;p><b>　　線圈骨架的確定</b></p><p><b>　　1）.骨架材料</b></p><p>　　常用酚醛。陶瓷。四氯乙烯等材料制線圈的骨架。</p><p>　　2）.線圈內(nèi)外徑比的確定</p><p><b>　　由式可知</b></p>

65、<p><b>　　由式和式可知： </b></p><p><b>　　增大，靈敏度減小。</b></p><p>　　的增大，可使線圈的工作線性度增加。</p><p>　　以上兩點是矛盾的，可根據(jù)設(shè)計要求來確定。</p><p><b>　　鐵芯材料的確定</b&g

66、t;</p><p>　　通常根據(jù)采用的電源頻率來確定鐵芯的材料。</p><p>　　在低頻時，可采用工業(yè)純鐵</p><p>　　頻率較高時，采用硅鋼片</p><p>　　高頻時，采用坡莫合金</p><p>　　最高頻時，可采用鐵 鈦氧</p><p>　　傳感器線性工作范圍的確定 &l

67、t;/p><p>　　傳感器的線性工作范圍一般取為總長度的1/4-1/5。</p><p><b>　　屏蔽措施</b></p><p>　　為防止干擾信號的影響，傳感器要采用屏蔽措施，一般傳感器的外層用電工鋼做屏蔽層，內(nèi)層用高導(dǎo)材料的坡莫合金作屏蔽層，屏蔽條件要求高的可采用多層屏蔽。</p><p>　　四．差動變壓器的誤

68、差</p><p><b>　　非線性誤差</b></p><p>　　差動螺線管式的輸出電壓為</p><p><b>　　若略去二次項，則得</b></p><p><b>　　則非線性誤差為</b></p><p><b>　　,<

69、/b></p><p>　　電源幅值和頻率穩(wěn)定度造成的誤差</p><p><b>　　由式有</b></p><p>　　式中--電源電壓，。</p><p>　　所以，當(dāng)有、時，輸出電壓，所以電源電壓幅值的變化和頻率的變化將對有影響。因此，設(shè)計時，要采取穩(wěn)壓，穩(wěn)頻措施。</p><p>

70、　　差動變壓器可采用的頻率，最常用的頻率。且電源頻率，才能正常工作。在電源頻率較低時選用恒流源做激勵電源，可消溫度誤差等影響。</p><p><b>　　溫度誤差</b></p><p>　　溫度變化將使傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)變化，而引起靈敏度變化。</p><p><b>　　由式有</b></p><

71、;p>　　式中：就是由于溫度變化而造成的靈敏度誤差，具體計算方法見電阻應(yīng)變片溫度誤差分析方法。</p><p>　　溫度變化引起線圈電阻變化造成的輸出電壓誤差。</p><p>　　一般銅導(dǎo)線電阻溫度系數(shù)為，當(dāng)溫度變化時，使初級線圈銅電阻變化，則由此引起輸出電壓變化的相對值為</p><p><b>　　由式可知：</b></p&g

72、t;<p>　　在低頻工作時，線圈的品質(zhì)因數(shù)，所以 頻率減小將使值減小，誤差增大，為使值不變必須使增加而且減小，才能使誤差保持不變。</p><p>　　可采用補償電路和恒流源電源等方法減小溫度誤差，如圖所示。</p><p>　　圖所示為使用穩(wěn)壓源時，可在初級回路中串聯(lián)一個高阻值的降壓電阻，使激勵電流近似不變或用熱敏電阻進行溫度補償，這是由于激勵回路中，則，</p&g

73、t;<p>　　當(dāng)取時，有，而，所以增大則減小，但增大，若能滿足，即，適當(dāng)選擇，兩者可相互抵消，使，從而使回路電流保持不變，使溫度誤差得到補償。</p><p>　　差動變壓器一般使用溫度可達，特殊設(shè)計可也使用到。</p><p><b>　　電磁吸力誤差</b></p><p>　　差動變壓器的銜鐵工作在磁場中，在各個不同的位置

74、上都要受到電磁吸力，其大小為</p><p>　　式中--作用域銜鐵的軸向吸力</p><p>　　--初級線圈激勵電流</p><p><b>　　--初級線圈電感值</b></p><p><b>　　--銜鐵位移量</b></p><p>　　當(dāng)銜鐵運動時，若位移增加，

75、則減小，而使為負(fù)值，這就表明當(dāng)銜鐵離開零點位置，受到電磁力是將其拉回零位的吸力。圖所示為差動變壓器銜鐵受到的電磁力與其位移的關(guān)系曲線。由曲線可知：</p><p>　　電磁力隨位移增大而增加，他是一個變化力。</p><p>　　由可知：減小激勵電流可使顯著減小，但由式知靈敏度也要降低埋在不減小靈敏度的前提下，欲減小電磁力，只有適當(dāng)降低輸入電壓而提高其頻率來達到的減小。</p>

76、<p><b>　　零位誤差</b></p><p><b>　　零位誤差</b></p><p>　　指當(dāng)輸入為0時，其輸出電壓，如圖所示，即存在值。</p><p><b>　　由式有</b></p><p>　　可知，若，則必須，但由于加工精度所限，使傳感器

77、的幾何尺寸及材料特性不對稱，造成，從而使，即有存在。</p><p><b>　　減小零位電壓的方法</b></p><p>　　提高加工精度等級要求：盡可能保證傳感器幾何尺寸，線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱性，結(jié)構(gòu)上可采用磁路調(diào)節(jié)機構(gòu)-可調(diào)節(jié)端蓋，來提高磁路的對稱性，如圖所示。</p><p>　　采用電路補償值：補償零位電壓的電路如圖所示。<

78、;/p><p><b>　　五：實驗總結(jié)：</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，我對傳感器的知識有了更為深刻的了解，也對傳感器更加感興趣。通過實踐的環(huán)節(jié)不僅增加了對傳感器的掌握，而且讓我對實踐動手產(chǎn)生了濃厚的興趣，為接下來的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。希望借這次實驗的機會可以使自己更加努力而耐心得面對接下來的學(xué)習(xí)。</p><p><b&

79、gt;　　六、參考文獻</b></p><p>　　[1] 吉野新治等編著 張玉龍等編譯 傳感器電路設(shè)計手冊 中國計量出版社 北京:1989.12 </p><p>　　[2] 劉迎春編著 傳感器原理、設(shè)計與應(yīng)用 國防科技大學(xué)出版社 1989.2</p><p>　　[3] 唐文彥編著 傳感器《第四版》 機械工業(yè)出版社 北京：2006.7</p&g