電感傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感的變化來測量的裝置。電感傳感器還可用作磁敏速度開關(guān)、齒輪齡條測速等。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移,壓力流量振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化,再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出,實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。它是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置。利用電感式傳感器,能對位移、壓力、振動、應(yīng)變、流量等參數(shù)進行測量。它具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優(yōu)點,因此在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點是響應(yīng)較慢,不宜于快速動態(tài)測量,而且傳感器的分辨率與測量范圍有關(guān),測量范圍大,分辨率低,反之則高。
電感式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)。它是把被測量如位移等,轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同,可分為自感式(包括可變磁阻式與渦流式)和互感式(差動變壓器式)兩種 。
變磁阻式傳感器
當一個線圈中電流i變化時,該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化,因而在線圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電勢e,這種現(xiàn)象稱之為自感。產(chǎn)生的感應(yīng)電勢稱為自感電勢。
變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成,在鐵芯和銜鐵之間有氣隙,氣隙厚度為δ,傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時,氣隙厚度δ發(fā)生改變,引起磁路中磁阻變化,從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化,因此只要能測出這種電感量的變化,就能確定銜鐵位移量的大小和方向。
特點:變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度,這樣對待測信號的放大倍數(shù)要求低。但是受氣隙δ寬度的影響,該類傳感器的測量范圍很小。
可變磁阻式傳感器自感,自感L與氣隙δ成反比,而與氣隙導(dǎo)磁截面積S0成正比。靈敏度S與氣隙長度δ的平方成反比,δ愈小,靈敏度S愈高。為了減小非線性誤差,在實際應(yīng)用中,一般取這種傳感器適用于較小位移的測量,一般約為0.001~1 mm。
差動變壓器式傳感器
互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象,將被測位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。由于常采用兩個次級線圈組成差動式,故又稱差動變壓器式傳感器。
差動變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量,如用交流電壓表指示,則輸出值只能反應(yīng)鐵芯位移的大小,而不能反應(yīng)移動的極性;同時,交流電壓輸出存在一定的零點殘余電壓,使活動銜鐵位于中間位置時,輸出也不為零。因此,差動變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性,又能補償零點殘余電壓的差動直流輸出電路。
把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感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,并且次級繞組用差動形式連接,故稱差動變壓器式傳感器。
差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多,有變隙式、變面積式和螺線管式等。
常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應(yīng)用中,這三種傳感器多制成差動式,以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。
電感傳感器由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器,又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的,其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通激勵電源時,就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。變間隙型電感傳感器,這種傳感器的氣隙5隨被測量的變化而改變從而改變磁阻。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小,因此常常要考慮兩者兼顧。δ-般取在0.1~0.5毫米之間。變面積型電感傳感器這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對覆蓋面積(即磁通截面)隨被測量的變化而改變從而改變磁阻。它的靈敏度為常數(shù),線性度也很好。
螺管插鐵型電感傳感器:它由螺管線圈和和被測物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大,靈敏度低,結(jié)構(gòu)簡單,便于制作。
電感式傳感器的特點是:無活動觸點、可靠度高、壽命長;分辨率高,靈敏度高;線性度高、重復(fù)性好;測量范圍寬(測量范圍大時分辨率低);.無輸
入時有零位輸出電壓,引起測量誤差;對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高,不適用于高頻動態(tài)測量.電感式傳感器主要用于位移測量和轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等)的測量.帶有模擬輸出的電感式接近傳感器是-種測量式控制位置偏差的電子信號發(fā)生器,其用途非常廣泛。例如:可控制尺寸的穩(wěn)定性;可控制定位可控制對中心率或偏心率。
電感傳感器還可用作磁敏速度開關(guān)、齒輪齡條測速等,該類傳感器廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、機床、機械、冶金、機車等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測,鏈輸送帶的速度和距離檢測,齒輪齡計數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車防護系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)體噴出控制、斷線監(jiān)測、小零件區(qū)分、厚度檢測和位置控制等。
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風(fēng)速傳感器是可連續(xù)監(jiān)測上述地點的風(fēng)速、風(fēng)量(風(fēng)量=風(fēng)速x橫截面積)大小,能夠?qū)λ幭锏赖娘L(fēng)速風(fēng)量進行實時顯示,是礦井通風(fēng)安全參數(shù)測量的重要儀表。其傳感器組件由風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、傳感器支架組成。
原理
超聲波渦接測量原理
超聲波風(fēng)速傳感器是利用超聲波時差法來實現(xiàn)風(fēng)速的測量。聲音在空氣中的傳播速度,會和風(fēng)向上的氣流速度疊加。
若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同,它的速度會加快;反之,若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相反,它的速度會變慢。因此,在固定的檢測條件下,超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速函數(shù)對應(yīng)。
通過計算即可得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。
由于聲波在空氣中傳播時,它的速度受溫度的影響很大;本風(fēng)速儀檢測兩個通道上的兩個相反方向,因此溫度對聲波速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計。
通過壓差變化原理
在流動方向上設(shè)置一個固定的障礙物(孔板、噴嘴等),這樣根據(jù)流速不同便會產(chǎn)生一個壓差。通過測量壓差,可以轉(zhuǎn)換成流速的測量。
熱量轉(zhuǎn)移原理
根據(jù)卡曼渦街理論,在無限界流場中垂直插入一根無限長的非線性阻力體(即旋渦發(fā)生體C,風(fēng)速傳感器的探頭橫桿),當風(fēng)流流經(jīng)旋渦發(fā)生體C時,在漩渦發(fā)生體邊緣下游側(cè)會產(chǎn)生兩排交替的、內(nèi)旋的旋渦列(即氣流旋渦),而旋渦的產(chǎn)生頻率f正比于流速V,用公式表示如下:
f=St V/d;
因此超聲波風(fēng)速傳感器就是利用超聲波旋渦調(diào)制的原理來測定旋渦頻率的 。
主要適用于煤礦井下具有瓦斯爆炸危險的各礦井通風(fēng)總回風(fēng)巷、風(fēng)口、井下主要測風(fēng)站、扇風(fēng)機井口、掘進工作面、采煤工作面等處,以及相應(yīng)的礦產(chǎn)企業(yè)。
壓力傳感器是工業(yè)實踐中較為常用的一種傳感器,其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè),下面就簡單介紹一些壓力傳感器正確安裝方法。
壓力傳感器正確安裝問題:
通常高溫熔體壓力傳感器的損壞都是由于其安裝位置不恰當而引起的,如果將傳感器強行安裝在過小的孔或形狀不規(guī)則的孔中,就有可能造成傳感器的震動膜受到?jīng)_擊而損壞,選擇合適的工具加工安裝孔,有利于控制安裝孔的尺寸;
另外,合適的安裝扭矩有利于形成良好的密封,但是如果安裝扭矩過高就容易引起高溫熔體壓力傳感器的滑脫,為防止這種現(xiàn)象發(fā)生,通常在傳感器安裝之前在其螺紋部分上涂抹防脫化合物。
1.壓力傳感器正確安裝方法:
(1)通過適當?shù)膬x表,在普通大氣壓和標準溫度條件下,核實壓力傳感器的頻率反應(yīng)值。
(2)核實壓力傳感器的編碼與相應(yīng)的頻率反應(yīng)信號的正確性。
2.確定具體安裝位置
為了確定壓力傳感器的編號和具體安裝位置,需按充氣網(wǎng)的各個充氣段來考慮。
(1)壓力傳感器必須沿著線纜進行安裝,好安裝在線纜接頭處。
(2)每條線纜裝設(shè)壓力傳感器不少于4個,靠近電話局的兩個壓力傳感器,相距不應(yīng)大干200m。
(3)每條線纜的始端和末端分別安裝1個。
(4)每條線纜的分支點應(yīng)裝1個,如果兩個分支點相距較近(小于100m),可只裝1個。
(5)線纜敷設(shè)方式(架空、地下)改變處應(yīng)裝1個
(6)對無分支的線纜,因壘線的線纜程式一致,壓力傳感器的安裝隔距不大干500m,并使其總數(shù)不少于4個。
(7)為了便于確定壓力傳感器故障點,除在起點安裝壓力傳感器外,距起點150~200m處,還要另外安裝1個當然在設(shè)計中,一定要考慮經(jīng)濟與技術(shù)的因素,在不需要安裝壓力傳感器的地方,則應(yīng)不必安裝。
檢查尺寸
如果安裝孔的尺寸不合適,高溫熔體壓力傳感器在安裝過程中,其螺紋部分就很容易受到磨損,這不僅會影響設(shè)備的密封性能,而且使傳感器不能充分發(fā)揮作用,甚至還可能產(chǎn)生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損(螺紋工業(yè)標準1/2-20UNF2B),通??梢圆捎冒惭b孔測量儀對安裝孔進行檢測,以做出適當?shù)恼{(diào)整。
傳感器選擇
壓力式光纖液位傳感器是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ墓饫w液位傳感器。光纖傳感器本身不與被測液體直接接觸,不怕污染,與被測液體的光學(xué)性能、粘滯性、毒性都沒有直接關(guān)系,且能夠在易爆的環(huán)境下使用。
只要能設(shè)計出結(jié)構(gòu)小、動態(tài)范圍大、精度高的壓力敏感單元,就可以獲得性能優(yōu)良的光纖液位傳感器。
目前,根據(jù)光纖的工作參量的不同,壓力式光纖液位傳感器的研究集中在強度調(diào)制型的光纖微彎液位傳感器,相位調(diào)制型的光纖法布里一珀羅腔液位傳感器和波長調(diào)制型的光纖光柵液位傳感器。本文以基于微彎損耗的原理對光纖液位傳感器進行研究和設(shè)計。
在光纖通信與傳感中,應(yīng)用較多的是固體激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光器件。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展,半導(dǎo)體光源得到越來越廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體光源可以分為半導(dǎo)體發(fā)光二極管((LED)和半導(dǎo)體激光器(LD)。
壓力傳感器工作原理:
1、壓阻式壓力傳感器
電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。
金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象,俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。
2、陶瓷壓力傳感器
陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng),壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋,由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號,標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。
3、擴散硅壓力傳感器:
擴散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應(yīng),利用壓阻效應(yīng)原理,被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,利用電子線路檢測這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標準測量信號。
4、藍寶石壓力傳感器:
利用應(yīng)變電阻式工作原理,采用硅-藍寶石作為半導(dǎo)體敏感元件,具有無與倫比的計量特性。
因此,利用硅-藍寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件,對溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好的工作特性;藍寶石的抗輻射特性極強;另外,硅-藍寶石半導(dǎo)體敏感元件,無p-n漂移。
5、壓電式壓力傳感器:
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因為經(jīng)過外力作用后的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。
實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。