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电感式传感器

测液位高度

在

监测锅炉水位方面的应用

1设计名称：2

2摘要3

3应用背景与目的：3

4设计原理：3

5设计任务及技术指标：4

6悬臂梁构造设计：4

7应变电桥的选择及设计计算5

8电桥电路的选择设计与分析8

◆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。

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◆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

炉水位进展实时监测，能时刻掌握锅炉水位变化情况，防止意外发生。

◆四.设计原理：

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。差动变压器的根本组成局部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

e2e1，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*之

间根本成线性关系,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*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.

差动变压器的构造原理与等效电路

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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。

其根本元件有衔铁、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鼓励用，相当于变压器的原边，

而次级线圈由构造尺寸和参数一样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。

(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

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在次级线圈中感应出电压e21和e22，其值分别为

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展解调的，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