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文档简介

1、柴油机测试技术浅论电感式传感器【摘要】:电感式传感器是转化速度、位移、震动等物理信号为电流、电压、电阻等电信号的一类普遍应用于船上各种设备检测的电气元件。本文综述了电感式传感器的电磁感应的原理、主要性能及特点、常见分类方法及种类、应用领域及发展前景,并简单地列举了五种常用传感器的使用范围及性能。对于更好地应用电感式传感器于船上各种恶劣的环境,进一步发展更具有稳定性能及应用前景的新一代电感式传感器具有一定的参考意义。关键词:电感式传感器;特点;应用;发展ey word: inductance type transducer ;feature;appliment;development电感式传感器

2、原理 电感式传感器 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移,压力,流量,振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化,再由电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换1。电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理,电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类,主要有螺线管式电感传感器、差动螺线管式、差动变压器式等,在工程实践中应用十分广泛。电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理,电感式传感器可以分为自感式和互感式两

3、大类。自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。电感式传感器特点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2。 电感式传感器种类很多,常见的有自感式,互感式和涡流式三

4、种。 电感式传感器介绍图中介绍的是自感式传感器。由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器,又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的,其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时,就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是:无活动触点、可靠度高、寿命长;分辨率高;灵敏度高;线性度高、重复性好;测量范围宽(测量范围大时分辨率低);无输入时有零位输出电压,引起测量误差;对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移

5、变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差3。 变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙随被测量的变化而改变,从而改变磁阻(图1)。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小,因此常常要考虑两者兼顾。一般取在0.10.5毫米之间。 变面积型电感传感器 这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积(即磁通截面)随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度为常数,线性度也很好。 差动变压器便是其中一种,它把被测位移的变化

6、转变为传感器互感的变化。这种传感器本身就是一种变压器,在其初级线圈接入电源后,刺激线圈即产生感应电压。把它称为差动变压器。此种传感器由于结构简单,灵敏度高,测量范围大,以及具有较高的测量精度等优点,所以得到了广泛的应用。差动变压器的结构形式很多,目前常用的是螺管形差动变压器。螺管插铁型电感传感器由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大,灵敏度低,结构简单,便于制作。具有可动铁芯的螺管式电感传感器,适于测量几毫米到几十毫米的位移。在螺管线圈的中心插入一个铁芯构成这种传感器,它的作用原理是基于

7、线圈泄露路径的磁阻变化。线圈的电感l与铁芯插入的深度在较大范围内呈线性关系。这种形式的传感器,其优点是结构简单,制作容易。由于它的磁阻较大,因而灵敏度较低,这一缺点可在电路中加以解决4。电感式传感器的应用一、位移测量induncdt系电感式传感器主要用于测量微位移,凡是能转换成位移量变化的参数,如压力、力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位等都可以用电感式传器来进行测量。1、induncdt系列位移传感器右图是induncdt系列位移传感器的外形图,它主要用于位移,振动,转速测量。传感器的前置放大器被集成安装在传感器壳体里,其输出信号与测量位移成正比。在传感器测量量程内线性精度优于2%

8、。表1-1是induncdt系列位移传感器的主要技术参数。induncdt系列位移传感器的外形图表1-1 induncdt系列位移传感器的主要技术参数型号项目iws-4-m-ca3-uiws-3-a-ca3-u铁磁材料铝测量原理电感测量范围0.54.5mm0.53.5mm起始间距0.5mm被测体直径(最小)18mm线性度 2%灵敏度1v/mm静态分辨率1m信号输出0.54.5v0.53.5v极限频率1khz工作温度0+85温度稳定性0.06 %供 电+12+18v/7ma负 载最小5k保护等级ip65传感器电缆长3 米2直线位移传感器 ixthus直线位移传感器直线位移传感器的功能在于把直线机

9、械位移量转换成电信号5。为了达到这一效果,通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位,通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压,允许流过微安培的小电流,滑片和始端之间的电压,与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求,因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 型号参数lt 广泛应用于注塑、机床及机械加工等行业 无限分辨率 行程:50至900mm 独立线性度:0.05% 位移速度达到:5m/s、10 m/s可选 工作温度:-30至+100 多种电气连接方式 保护等级:ip60(ip65可选) pc 行程:50至750mm 使用

10、寿命:1亿次或251000000米 机械固定并使用双珠自整连接 最大角度位移超过30º 无限分辨率 独立线性达0.05% 位移速率达5m/s 工作温度:-30至+100 保护等级:ip65 pk 行程:100至2000mm 利用m5螺纹机械连接 无限分辨率 独立线性达0.05% 工作温度:-30至+100 使用寿命:1亿次或251000000米 保护等级:ip403、ap035系列差动变压器式位移传感器6ap035 差动变压器式位移传感器是由差动差动变压器和基本电路组成。它可对生产过程中位移、形变参数进行快速、准确可靠地测量。并可配用微机和其他装置进行打印或自动控制。本传感器还具有灵

11、敏度高、稳定性好、连续工作时间长等一系列优点,因而它广泛用于冶金、建筑、石化、纺织、电站等各个部门。主要技术参数:测量范围:20。基本误差:0.5。输出讯号:10。传感器工作环境:温 度:-20+70 相对湿度:5rh90rh灵敏度:0.45v/mm。供电电源:dc15v。传感器外形尺寸:22228。二、振动检测1、rs9300低频振动速度传感器7rs9300低频振动传感器是属于惯性式传感器,其外形下图。它是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定着磁铁,惯性质量(线圈组件)用弹簧元件悬挂于壳体上。工作时,将传感器安装在机器

12、上,在机器振动时,在传感器工作频率范围内,线圈与磁铁相对运动、切割磁力线,在线圈内产生感应电压,该电压信号正比于被测物体的振动速度值,对该信号进行积分放大处理即可得到位移信号。 rs9300低频振动传感器rs9300低频速度位移振动传感器(内部带部分器,输出位移电压信号)适用于水轮发电机组低频转动机械、工程建筑及桥梁的绝对振动测量,测量频响范围0.5hz-200hz(-3db),抗干扰性能强,能长期稳定可靠地工作于恶劣环境中。1)使用特点: 传感器有很低的使用频率,可以适用于低转速的转动机器。相对于其它类型的振动传感器而言,rs9300传感器有较低的输出阻抗,较好的信噪比。它同一般通用交流电压

13、表或示波器配合就能工作。对输出插头和传输电缆也无特殊要求,使用方便。传感器设计中取消了有摩擦的活动元件,因此使用寿命相对很长。传感器有一定抗横向振动能力(不大于10g)。2)技术指标频响范围:0.5hz200hz(-3db)灵敏度:8mv/m5%、 5mv/m5%、 4mv/m5% (或根据用户要求调整)量程:1mm(2mm、3mm 等)线性度:2%最大输出电压:8v(单峰)使用温度范围,-30-80工作方向:h 水平型v 垂直型工作电源:12vdc安装方式:在56的圆周角上用2个m5螺钉固定6三、位置控制1、jml电感式接近开关1) 适用范围jml系列接近开关适用于交流50hz,额定工作电压

14、90v250v(除lm8l外),直流额定工作电压10v30v的电路中,具有短路保护电路,起反连接保护电路之用。2)型号及其含义3) 正常使用条件和安装条件(1)周围空气温度不超过+70,周围空气温度的下限为-25;(2)安装地点的海拔不超过2000m ;(3)大气相对湿度在周围空气温度为+70时不超过50%,在较低的温度下可以允许有较高的相对湿度,例如在20时达90%,对由于温度变化偶尔产生的凝露应采取特殊的措施;(4)污染等级:3级。4) 主要技术参数见表1-2所示。表1-2 jml系列电感式传感器的主要技术参数 产品型号jm8ljm12ljm18ljm30l检测距离(mm)埋入式12510

15、非埋入式24815设定距离(mm)埋入式0?.80?.60?.00?非埋入式0?.60?.20?.40-12标准检测体661mm312121 mm324241 mm345451 mm3输出电流npn/pnp晶体管200ma, 直流二线0.8ma, 交流2ma电源电压dc10v?0v,ac90v?50v消耗电流npn/pnp晶体管10ma?5ma, 直流二线60 ma -80ma, 交流200ma输出电压降npn/pnp晶体管1.5v,直流二线7v,交流8v响应频率npn/pnp晶体管400hz?00hz绝缘电阻30m5) 5) 安装尺寸 如下图所示:图jml系列电感式传感器的安装尺寸电感式传感

16、器除上述三种用途外还可广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位,如对加速度、振幅、转速及温度等非电量的测量的控制中8。电感式传感器未来的发展我们越来越多感受到电感式传感器取代机械开关的趋势。在某些市场,60%70%装有电感式开关的开关盒已取代了机械式开关。阀位检测的标准化还有一段路要走。这是因为原来开关盒设计的起点中机械装配和开关技术大量混合存在着。更常见的是,最终用户也经常要求提供更为可靠的解决方案,着眼于开关盒的长期回报。在某些行业领域中,开放式解决方案是一个明显的趋势,因为它的价格很接近于机械接触的开关盒方案。现在由于开放式解决方案的尺寸和成本的优势,在手动阀上装配位置反馈也

17、变得更有吸引力。由于安装过程经常要适应最新的技术发展,以提高工作效率和稳定性,各种总线系统开始进入市场。开关盒和执行器的生产商当然希望加入。我们看到许多这样的制造商已经与传感器制造商协商开发出了这些总线系统的接口。带as-i的开关盒便是一个很好的例子,因为这种总线系统特别适合数字信息。如果最终用户希望使用标准传感器,便需要合适的现场安装模块,如as-interface,profibuspa或基金会现场总线。另一方面,我们也看到使用带有profibus或基金会现场总线接口的电气执行器和定位系统。显然越来越多的公司意识到总线系统的优势,特别是带as-i的现场总线组合(如profibus)十分多见。参考文献1. 洪小丽

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