電遠(yuǎn)傳壓力表式傳感器的工作原理
點(diǎn)擊次數(shù):4605 發(fā)布時(shí)間:2020-04-25 03:01:27
電遠(yuǎn)傳壓力表生產(chǎn)歷史較久,它是在普通彈性元件構(gòu)成的壓力表內(nèi)附加電遠(yuǎn)傳部件,使之除就地指示壓力之外.兼有信號遠(yuǎn)傳的功能。甚至將指針標(biāo)度尺去掉。以電遠(yuǎn)傳為**用途,實(shí)質(zhì)上已成為純悴的壓力傳感器.這類傳感器的敏感元件和彈性變形式壓力表完全一樣,此處只需介紹其電遠(yuǎn)傳原理和特性。
(1)電位器式
在彈簧管壓力表內(nèi)安裝小型滑線電位器.其滑點(diǎn)由彈簧管自由端帶動(dòng)。如只利雨電位器的滑點(diǎn)和電阻的任意一端,就成為以可變阻值輸出的壓力傳感器,與任何一種測電阻的儀表相連便可側(cè)傲壓力。如將電位器的電阻兩端和滑點(diǎn)用三根導(dǎo)線引出.井在電阻兩端接穩(wěn)定的直流電壓,則滑點(diǎn)和電阻的任意一端之間的電壓將取決于滑點(diǎn)位置,也就是取決于被測壓力.這樣便可與測直流電壓的儀表相連而反映壓力值。
這種電遠(yuǎn)傳方法比較簡單.其有很好的線性。如果采用斷面尺寸不均勻的骨架繞制電位器.就能設(shè)計(jì)成有某種非線性的電位器,借此可將彈性元件或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的非線性抵消,使整個(gè)傳感器具有線性特性。
電位器式電遠(yuǎn)傳的*大缺點(diǎn)是有滑動(dòng)觸點(diǎn),為減少彈性元件的變形阻力.以免引起過大的滯環(huán)及變差.就希望滑點(diǎn)和電阻絲的接觸壓力盡量小,但接觸壓力小就難以保證良好地導(dǎo)電.尤其是電阻表面權(quán)化或污染時(shí),滑點(diǎn)接觸不可靠。此外,彈性元件的變形位移或轉(zhuǎn)角一般不大,但希望電阻或電壓的變化有較好的連續(xù)性,不要出現(xiàn)明顯的階梯狀特性,這就必須用*細(xì)的電阻絲繞制電位器。電阻絲太細(xì)勢必不耐磨損,特別是壓力頗鐵波動(dòng)時(shí),往往局部磨損嚴(yán)重.改變了原有的阻值均勻性,甚至出現(xiàn)磨斷電阻絲的現(xiàn)象。
為了改進(jìn)上述缺點(diǎn),出現(xiàn)了導(dǎo)電塑料電位器及無觸點(diǎn)電位器,用這類新材料或器件代替滑線電位器固然可以提高可靠性,但成本也有所增加。
電位器式壓力傳感器的原理.見圖3.4.1之(a)。
(2)電感式
電感式電遠(yuǎn)傳可以避免滑動(dòng)觸點(diǎn),它利用彈性元件的變形帶動(dòng)銜鐵.改變鐵心線圈的氣隙,從而改變線圈的電感.在交流電路里.感抗可以很容易地變換成電壓.如需要輸出直流信號.可加整流濾波電路.電感式壓力傳感器的原理,見圖3.4.1之(b)。
這種傳感器必須用交流電源.為了減小鐵心線圈的尺寸,提高傳感器的靈敏度。井且遙免工業(yè)頻率的干擾,*好采用稍高的頗率.例如400Hz。但是這會(huì)使電路的成本和復(fù)雜性增加.此外要注意鐵心的材質(zhì)選擇.避免渦流掇耗。
電感式傳感器必須有良好的磁屏蔽,它本身既要防止外界干擾,也應(yīng)防止對外的干擾作用。
鐵心線圈的氣隙變化和感抗之間有非線性關(guān)系。尤其道得注意的是.電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生的磁效應(yīng)會(huì)對街鐵有吸引力,這就形成了作用于彈性元件的外力.此力與氣隙大小有關(guān),必須在校驗(yàn)或標(biāo)定中消除.否則誤差很大。
正因?yàn)樯鲜龈郊游κ怯绊懢_度的主要因素,所以電感式傳感器只適合于較高壓力的測量。離壓力用的彈性元件剛度系數(shù)大.附加吸力所起的作用相對而言較小。
(3)差壓變壓器式
差動(dòng)變壓器是專門為位移測量用的傳感器.在可移動(dòng)的鐵心周圍有三組線圈。其中一個(gè)是變壓器的原邊.供交流電。另外兩個(gè)匝數(shù)相等的線圈.按同名端*性反向串聯(lián)而成為副邊。當(dāng)鐵心處于中央位登時(shí).兩組副邊上的感應(yīng)電勢大小相等,因?yàn)榉聪虼?lián)而使愉出為零。鐵心偏離中央位置后.副邊將出現(xiàn)交流電壓.偏離越遠(yuǎn),輸出交流電壓越高。鐵心位移的方向不同,輸出交流的相位相反。其原理示意如圖3.4.1之(c)。
在被側(cè)玉力為零時(shí).使鐵心位于線圈的中央,壓力增大后輸出交流電壓隨之升高。
差動(dòng)變壓器在規(guī)定的鐵心位移范圍內(nèi)有較好的線性.但當(dāng)鐵心處于中央位置時(shí),輸出井不為零.有一定的殘余電壓,必要時(shí)可設(shè)計(jì)專用線路以補(bǔ)償之。
頻率對差動(dòng)變壓器的工作不像對電感線圈那祥明顯.影響輸出的主要是原邊電壓和副邊匝數(shù)。它比前述電感法優(yōu)越之處在于線性好、能從零起始(補(bǔ)償殘余電壓之后)、附加力小、位移范圍也較大。
差動(dòng)變壓器廣泛用于位移側(cè)量,其特性和零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償方法,還將在*7章7.3節(jié)中分析。
(4)霍爾元件式
半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)己在小位移測量中得到實(shí)際應(yīng)用,圖3.4.1之(d)即為壓力電遠(yuǎn)傳的方法之一。
在彈性元件的自由端安裝半導(dǎo)體霍爾元件,并使霍爾元件的兩端處于永久磁鐵的磁*間隙中,而且兩端的磁場方向相反.倘若壓力為零時(shí)處于方向相反的兩對磁*間隙中的面積相等.即使在霍爾元件上通以電流,也不會(huì)產(chǎn)生霍爾效應(yīng).但壓力升高以后.兩面積不等.在與電流方向垂直并且也垂直于磁場的方向上就會(huì)有電勢出現(xiàn).電流和磁感強(qiáng)度皆為常數(shù)時(shí).壓力越大,兩面積之差越大.輸出電勢也越高.這就是霍爾效應(yīng)。
雷爾效應(yīng)可用來側(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流、位移,甚至可以構(gòu)成運(yùn)算器。
用樁爾元件構(gòu)成的電遠(yuǎn)傳壓力表或壓力傳感器.可與任何測直流電壓的儀表相配.我國有這種指示儀表,其刻度以壓力為單位。
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