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應用磁致伸縮現象的液壓(氣)缸位移傳感器

來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2022-02-11 16:01

  

       隨著工業自動化的不斷發展,對液壓(氣)缸的位移監測要求越來越高了。在此介紹一種磁致伸縮式位移傳感器,它具有高精度、高分辨率及高可靠性等特點,能進行模擬輸出和數字輸出,與計算機有良好的的相容性。
1、工作原理
       磁致伸縮式位移傳感器是一種利用在金屬中傳播的機械彈性波,把位移變換成其傳播時間,檢測被測物絕對位移的傳感器。
       磁致伸縮現象是鎳、鐵癢體或鐵系非晶體金屬等強磁體中特有的現象。如給這類金屬以磁場,則隨其強度引起磁疇變動及金屬變形。位于中央的是行程機械彈性波波導管的磁致伸縮金屬線,在它軸向方向配置非接觸移動的磁體,則會給其附近的磁致伸縮金屬線以軸向磁場。擋在磁致伸縮金屬線上按箭頭A所示方向附加電流脈沖時,在磁致伸縮線的整個軸向范圍便產生軸向磁場,軸向和周向磁場矢量合成傾斜磁場,因周向磁場產生與瞬間,所以傾斜磁場也瞬間產生。
       一旦在磁致伸縮金屬中的磁場瞬間變化時,則金屬隨其瞬間變形,變形的瞬間變化(或產生)將形成彈性波,在金屬中向兩端傳播。上述的傾斜磁場因作用于磁致伸縮金屬線的扭轉方向。所以彈性波以扭轉彈性波(橫波)形式傳播。
       通過在始端設置變形檢測器(例如,利用壓電元件或逆磁致效應的拾波線圈),可以把彈性波的到達變換成電信號。
       如磁體距變形檢測器距離為L,則附加電流脈沖A之后,經實踐T(=L/v)便可測得彈性波。因A的附加具有適當的時間間隔,所以磁致伸縮位移傳感器可以說是一種抽樣式的絕對位移檢測器。
       抽樣的周期由需檢測的行程和彈性波的船舶速度決定。行程長時存在響應性不夠快的不足。行程不足300mm時,理論抽樣周期為10kHz左右。
磁致伸縮位移傳感器
2、磁致伸縮式位移傳感器的結構
       該傳感器的磁致伸縮金屬線完全封閉在不銹鋼套管中,具有優良的耐環境性。通過對不銹鋼套管中,具有優良的耐環境性。通過對不銹鋼套管構造的合理設計,可以使其耐壓能力達到80MPa。安裝在被測物上的磁體可以取任意形狀,例如對于設有內部磁體的無桿氣缸,如果在非磁鐵的缸體外側配置這種傳感器,便能間接的測出活塞位移。由于磁鐵和不銹鋼套管是非接觸的,所以傳感器的機械壽命無限長。
3、性能
       磁致伸縮式位移傳感器由與機械位置成正比變化的時間間隔測得位移。眾所周知,在各種物理量中,時間是比較容易高精度測定的,所以與其它方式比較,這種傳感器可以獲得最好的精度。如將時間信號積分,則可通過簡單的方法將其變換成模擬信號,但集成電路等電器元件上存在固有的溫度偏差,為對此進行補償需相當高的技術。再次為最大限度的發揮磁致伸縮式位移傳感器的優勢,介紹一下位移檢測方法。
       水晶震蕩式的時間計測是工業領域中穩定性、精度、可靠性最好的一種方式,因此,磁致伸縮式位移傳感器的信號用時間給予。附加電流脈沖之后,打開彈性波達到的間隔選通電路,對水晶振蕩器的時鐘脈沖計數,如用此方法,則可不適用模擬元件,用絕對數字信號直接獲得與位移成正比的信號。例如,水晶振蕩器的時鐘脈沖為50MHz,則1個時鐘脈沖顯示的位移監測分辨率為0.6mm(彈性波的傳播速度為3km/s時)。
其典型性能如下:
線性:0.05%FS
分辨率:0.06mm(50MHz時鐘脈沖時)
重復精度:0.01-0.02mm
溫度特性:0.005,mm/℃   +5.4ppmFS/℃
       上述重復精度意味著滯后。磁致伸縮式位移傳感器是一種應用磁致現象的傳感器,所以不可能一點也沒有磁形成的滯后。另外,溫度特性中的第一項是傳感器頭部電氣部分引起的溫度偏差,第二項是彈性波傳播速度的溫度系數,有時第一項是不能忽略的。對此,出現兩個磁體的方式。該方式中磁體1固定,磁鐵2移動,如檢測這兩個彈性波的到達時間差T3,則溫度偏差僅為5.4ppmFS/℃。
        為改善溫度特性,也可以用三個磁體的方式,改方式中磁鐵1和3固定,磁體2移動,檢測T12和T13理論上可得到不焊溫度偏差的信號T。,T。按下式計算:T。=T12/T13


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