电感传感器是将被测量转换为线圈的自感或互感的变化来测量的装置。电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮龄条测速等。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。它是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器,能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。它具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点,因此在机电控制系统中得到广泛的应用。它的主要缺点是响应较慢,不宜于快速动态测量,而且传感器的分辨率与测量范围有关,测量范围大,分辨率低,反之则高。
电感式传感器的工作原理是电磁感应。它是把被测量如位移等,转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同,可分为自感式(包括可变磁阻式与涡流式)和互感式(差动变压器式)两种 。
变磁阻式传感器
当一个线圈中电流i变化时,该电流产生的磁通Φ也随之变化,因而在线圈本身产生感应电势e,这种现象称之为自感。产生的感应电势称为自感电势。
变磁阻式传感器的结构如图1所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成,在铁芯和衔铁之间有气隙,气隙厚度为δ,传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时,气隙厚度δ发生改变,引起磁路中磁阻变化,从而导致电感线圈的电感值变化,因此只要能测出这种电感量的变化,就能确定衔铁位移量的大小和方向。
特点:变磁阻式传感器具有很高的灵敏度,这样对待测信号的放大倍数要求低。但是受气隙δ宽度的影响,该类传感器的测量范围很小。
可变磁阻式传感器自感,自感L与气隙δ成反比,而与气隙导磁截面积S0成正比。灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比,δ愈小,灵敏度S愈高。为了减小非线性误差,在实际应用中,一般取这种传感器适用于较小位移的测量,一般约为0.001~1 mm。
差动变压器式传感器
互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象,将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式,故又称差动变压器式传感器。
差动变压器式传感器输出的电压是交流量,如用交流电压表指示,则输出值只能反应铁芯位移的大小,而不能反应移动的极性;同时,交流电压输出存在一定的零点残余电压,使活动衔铁位于中间位置时,输出也不为零。因此,差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性,又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。
把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的,并且次级绕组用差动形式连接,故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多,有变隙式、变面积式和螺线管式等。
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。
电感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。变间隙型电感传感器,这种传感器的气隙5随被测量的变化而改变从而改变磁阻。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。δ-般取在0.1~0.5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。
螺管插铁型电感传感器:它由螺管线圈和和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。
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转换成位移变化的机械量(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.带有模拟输出的电感式接近传感器是-种测量式控制位置偏差的电子信号发生器,其用途非常广泛。例如:可控制尺寸的稳定性;可控制定位可控制对中心率或偏心率。
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体喷出控制、断线监测、小零件区分、厚度检测和位置控制等。
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风速传感器是可连续监测上述地点的风速、风量(风量=风速x横截面积)大小,能够对所处巷道的风速风量进行实时显示,是矿井通风安全参数测量的重要仪表。其传感器组件由风速传感器、风向传感器、传感器支架组成。
原理
超声波涡接测量原理
超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度,会和风向上的气流速度叠加。
若超声波的传播方向与风向相同,它的速度会加快;反之,若超声波的传播方向若与风向相反,它的速度会变慢。因此,在固定的检测条件下,超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。
通过计算即可得到精确的风速和风向。
由于声波在空气中传播时,它的速度受温度的影响很大;本风速仪检测两个通道上的两个相反方向,因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。
通过压差变化原理
在流动方向上设置一个固定的障碍物(孔板、喷嘴等),这样根据流速不同便会产生一个压差。通过测量压差,可以转换成流速的测量。
热量转移原理
根据卡曼涡街理论,在无限界流场中垂直插入一根无限长的非线性阻力体(即旋涡发生体C,风速传感器的探头横杆),当风流流经旋涡发生体C时,在漩涡发生体边缘下游侧会产生两排交替的、内旋的旋涡列(即气流旋涡),而旋涡的产生频率f正比于流速V,用公式表示如下:
f=St V/d;
因此超声波风速传感器就是利用超声波旋涡调制的原理来测定旋涡频率的 。
主要适用于煤矿井下具有瓦斯爆炸危险的各矿井通风总回风巷、风口、井下主要测风站、扇风机井口、掘进工作面、采煤工作面等处,以及相应的矿产企业。
压力传感器是工业实践中较为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,下面就简单介绍一些压力传感器正确安装方法。
压力传感器正确安装问题:
通常高温熔体压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的,如果将传感器强行安装在过小的孔或形状不规则的孔中,就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏,选择合适的工具加工安装孔,有利于控制安装孔的尺寸;
另外,合适的安装扭矩有利于形成良好的密封,但是如果安装扭矩过高就容易引起高温熔体压力传感器的滑脱,为防止这种现象发生,通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。
1.压力传感器正确安装方法:
(1)通过适当的仪表,在普通大气压和标准温度条件下,核实压力传感器的频率反应值。
(2)核实压力传感器的编码与相应的频率反应信号的正确性。
2.确定具体安装位置
为了确定压力传感器的编号和具体安装位置,需按充气网的各个充气段来考虑。
(1)压力传感器必须沿着线缆进行安装,好安装在线缆接头处。
(2)每条线缆装设压力传感器不少于4个,靠近电话局的两个压力传感器,相距不应大干200m。
(3)每条线缆的始端和末端分别安装1个。
(4)每条线缆的分支点应装1个,如果两个分支点相距较近(小于100m),可只装1个。
(5)线缆敷设方式(架空、地下)改变处应装1个
(6)对无分支的线缆,因垒线的线缆程式一致,压力传感器的安装隔距不大干500m,并使其总数不少于4个。
(7)为了便于确定压力传感器故障点,除在起点安装压力传感器外,距起点150~200m处,还要另外安装1个当然在设计中,一定要考虑经济与技术的因素,在不需要安装压力传感器的地方,则应不必安装。
检查尺寸
如果安装孔的尺寸不合适,高温熔体压力传感器在安装过程中,其螺纹部分就很容易受到磨损,这不仅会影响设备的密封性能,而且使传感器不能充分发挥作用,甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损(螺纹工业标准1/2-20UNF2B),通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测,以做出适当的调整。
传感器选择
压力式光纤液位传感器是一种很有发展潜力的光纤液位传感器。光纤传感器本身不与被测液体直接接触,不怕污染,与被测液体的光学性能、粘滞性、毒性都没有直接关系,且能够在易爆的环境下使用。
只要能设计出结构小、动态范围大、精度高的压力敏感单元,就可以获得性能优良的光纤液位传感器。
目前,根据光纤的工作参量的不同,压力式光纤液位传感器的研究集中在强度调制型的光纤微弯液位传感器,相位调制型的光纤法布里一珀罗腔液位传感器和波长调制型的光纤光栅液位传感器。本文以基于微弯损耗的原理对光纤液位传感器进行研究和设计。
在光纤通信与传感中,应用较多的是固体激光器、气体激光器和半导体发光器件。随着半导体工业的迅速发展,半导体光源得到越来越广泛的应用。半导体光源可以分为半导体发光二极管((LED)和半导体激光器(LD)。
压力传感器工作原理:
1、压阻式压力传感器
电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。
2、陶瓷压力传感器
陶瓷压力传感器基于压阻效应,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥,由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。
3、扩散硅压力传感器:
扩散硅压力传感器工作原理也是基于压阻效应,利用压阻效应原理,被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,利用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
4、蓝宝石压力传感器:
利用应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。
因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;另外,硅-蓝宝石半导体敏感元件,无p-n漂移。
5、压电式压力传感器:
压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。
实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。