电感式传感器的发展和应用0840604203
电感式传感器的发展和应用
徐晓蕾
(材料学院焊接专业,0840604203)
摘要:介绍电感式传感器的特点和在各方面的发展和不同类型电感式传感器的应用。 关键词:电感式传感器;发展;应用
引言
应用于生产汽轮机、压缩机、制氧机等大型旋转机械装置的振动速度传感器、磁阻式传感器和应用于油库或移动车辆油箱液位测量中的液位传感器等,以及利用铁芯可移动的变压器原理来测量的位移传感器、利用线圈自感变化原理来测量的振动速度传感器等。这些传感器有一个统一的特点:都是由线圈组成的,工作原理都是利用变化的磁场使线圈感应出电压信号输出,该输出信号的大小是随着被测物体的变化而变化的。它们统称为电感式传感器。
电感式传感器具有以下特点:
(1)结构简单,传感器无活动电触点,因此工作可靠寿命长。
(2)灵敏度和分辨力高,能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。
(3)线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时,这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是,它有频率响应较低,不宜快速动态测控等缺点。 电感式传感器的发展
如今传感器新技术的发展,主要有以下几个方面:
一.发现并利用新现象
利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理,所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作,是研究开发新型传感器的基础。
二.利用新材料
传感器材料是传感器技术的重要基础,由于材料科学进步,人们可制造出各种新型传感器。
三.微机械加工技术
半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺,各向导性腐蚀及蒸镀,溅射薄膜等,这些都已引进到传感器制造。
四.集成传感器
集成传感器的优势是传统传感器无法达到的,它不仅仅是一个简单的传感器,其将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上,使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能,它可降低成本、增加产量。
五.智能化传感器
智能化传感器是一种带微处理器的传感器,是微型计算机和传感器相结合的成果,它兼有检测、判断和信息处理功能,与传统传感器相比有很多特点:
具有判断和信息处理功能,能对测量值进行修正、误差补偿,因而提高测量精度;
可实现多传感器多参数测量;
有自诊断和自校准功能,提高可靠性;
测量数据可存取,使用方便;
有数据通信接口,能与微型计算机直接通信。
把传感器、信号调节电路、单片机集成在一芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器。
传感器的发展日新月异,特别是80 年代人类由高度工业化进入信息时代以来,传感器技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家的传感器技术发展最快,我国由于基础薄弱,传感器技术与这些发达国家相比有较大的差距。因此,我们应该加大对传感器技术研究、开发的投入,使我国传感器技术与外国差距缩短,促进我国仪器仪表工业和自化化技术的发展。
电感式传感器的多方面应用
电感式传感器是目前测量中广泛应用的传感器之一,它可将机械位移的变化转换成电信号的变化。电感式传感器主要用于测量位移与尺寸,也可测量能转换成位移变化的其他参数,如力、张力、压力、压差、振动、应变、转矩、流量、比重等。
⑴ 位移与尺寸测量
⑵ 压力测量
⑶ 力和力矩测量
⑷ 振动测量
电感式传感器的种类很多,一般分为自感式、互感式和涡流式三种。
自感式传感器是利用线圈自身电感的改变来实现非电量与电量的转换。目前常用的自感传感器有三种类型:变气隙型、螺管型和差动型。
互感式传感器的原理是把被测位移量转化为线圈间的互感变化。传感器本身相于一个变压器,当一次线圈接入电源后,二次线圈就产生感应电动势。当互感变化时感应电动势也相应变化。由于传感器常做成差动的形式,故称为差动变压器式传感器。
(一)自感式传感器的应用
自感式传感器是被广泛采用的一种电磁机械式传感器,它除可直接用于测量直线位移、角位移的静态和动态量外,还可以它为基础,用于测量力、压力、转矩等。自感式传感器有变隙式、变面积式和螺线管式三种。
1. JGH 电感测厚仪 2. BYM 型压力传感器
由于电感式传感器具有结构简单,工作可靠,测量精度高,线性度比较稳定,灵敏度高等一系列优点,这些优点在文章中都有所体现,并且此类传感器加载与于外电路中,能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,因此在工业自动控制系统中被广泛采用。
(二)差动变压器式传感器的应用
(1)压力测量
差动变压器 弹性敏感元件(膜片、膜盒和弹簧管) →压力传感器
a. 被测压力为零:膜盒在初始位置状态→固接在膜盒中心的衔铁位于差动变压器线圈的中间位置,输出电压为零。
b. 被测压力由接头1传入膜盒2:自由端产生一正比于被测压力的位移→带动衔铁6在差动变压器线圈5中移动,差动变压器输出电压。
c. 经相敏检波、滤波后,其输出电压反映被测压力的数值。输出电压比较大,线路中不需用放大器。
(2)CPC-A 型差压计
a. 差压转变为位移。
b. 7555与外阻容元件组成组成振荡电路,输出方波作为差动变压器一次绕组的激励电源,幅值10V 。VD1、VD2组成电压输出型检波电路。RP1为零点调整,RP2为满度调整。
(3)差动变压器式加速度传感器
用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振动频率的十倍以上,才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1~5)mm ,振动频率为(0~150)Hz 。
(三) 涡流式传感器的应用
在日常生活中,其实我们经常可以看到电涡流的作用,例如:干净、高效的电磁炉;大直径电涡流探雷器等。
(a )测位移测量封口机工作间隙
市场上自动封口机,利用电涡流原理。待封口位置含铝,检测到封口位置时,电涡流效应产生热量,实现封口。间隙越大,电涡流越小 。
位移测量仪
位移测量包含:偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。
(b) 安检门演示
安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时,交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流,会在接收线圈中感应出电压,计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x 光”扫描仪,它对人体、胶卷无害,用软件处理的方法,可合成完整的光学图像。
(c) 测振动 测量悬臂梁的振幅及频率和汽轮机叶片测试
(d )测转速
(e) 探伤 手持式裂纹测量仪、油管探伤、用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹
若转轴上开z 个槽(或齿) ,频率计的读数为f (单位为Hz ),则转轴的转速n (单位为r/min)的计算公式为n=60f/z
电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮龄条测速等,该类传感器广泛应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车等行业的链轮齿速度检测,链输送带的速度和距离检测,齿轮龄计数转速表及汽车防护系统的控制等。另外该类传感器还可用在给料管系统中小物体检测、物体喷出控制、断线监测、小零件区分、厚度检测和位置控制等。
电感式传感器除了以上所述的一些应用外,还在医学上有广泛的应用,如微型血压计,变压器式婴儿呼吸监视器,体内异物探测器等。
结束语
本文从电感式传感器特点出发,对传感器的发展和应用进行了研究。电感式传感器具有高灵敏度、高分辨率、高精度、高稳定性、高重复性、长寿命、低频测量的特点,满足了工业、军事、医疗等领域的诸多要求,成为21世纪传感器发展必不可少的组成部分,是科技进步的需要。 参考文献:
[1]魏宝芝, 邓晓. 本质安全型电感式传感器的设计. 电气防爆,2009(1)
[2]董江. 変气隙型自感传感器原理及应用. 北京:科协论坛(下半月),2010(9)
[3]百度百科. 电感式传感器