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智能化电量传感器/变送器简述 传感器技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
一、概述

电量隔离传感器/变送器是针对工程中的电量检测(监测),提高系统的整体抗干扰能力,而研制开发的一种小体积、高性能的电量测试部件(产品)。

电量隔离传感器/变送器可以对现场的大电流、高电压、功率、频率、相角、电度等电参量进行隔离测量和变换,也可以对各种微弱信号(如各种桥路信号)进行隔离放大和变换,将其调理后,变换成符合国际通用标准的电压、电流、频率等仿真信号或变换成数字量、开关量状态等信号输出。这些输出信号可以和传统的指针式仪表相接,也与现代的数字式自控仪表、各种A/D转换器以及计算器系统直接配接,从而可以形成一个高可靠的工业检测(监测)或控制系统。

由于电量隔离传感器在应用中,用户不需做二次开发工作,高电压或大电流信号可以直接接入产品,(通过端子、插针输入或穿孔方式输入),就可以得到相应的输出信号。因此电量隔离传感器作为信号调理、隔离和变换功能摸块,是工业控制和数据采集系统中比较理想的变送器产品。

随着科学技术的不断发展,工业控制或检测(监测)系统对电量隔离传感器的要求也越来越高,特别是在产品的稳定性、检测精度和功能方面。由于数字化产品不论其性能还是功能,如非线性校正和小信号处理方面,仿真产品是不可比拟的。因此,电量隔离传感器的数字化是一种必然趋势。

下面就电量隔离传感器的工作原理和其数字化技术问题作一个简述,供大家参考。

二、电量隔离传感器基本工作原理

由于电量隔离传感器产品的被检测对象主要是电流和电压信号,所以下面主要介绍电流和电压信号的检测原理。

交流信号检测原理

交流信号又分为交流电压和电流信号。图1为交流电流信号的检测原理框图,图2为交流电压信号的检测原理框图,由CT和PT对信号进行隔离,电流为穿孔输入方式,电压为端子接线输入方式。

其中,CT为电流互感器,PT为电压互感器,输出一般为0~5V或4~20mA。

2. 直流信号检测原理

图3为直流信号检测原理框图。


图3 直流信号产品原理框图

直流信号分为直流电压和直流电流,直流电流一般是通过电阻取样,直流电压一般用电阻降压处理,由一个隔离电源向前置放大器供电。

由上述原理框图可以看出,不论是交流信号还是直流信号,输入输出都是完全隔离的,一般,现场输入信号都是大电流或高电压,这样电量隔离传感器就可以把现场信号与低压数据采集系统完全隔离,避免系统受到强信号的干扰,从而提高系统的可靠性。

三、电量隔离传感器数字化技术

图4为一种交流信号数字式电量隔离传感器的组合框图,它由互感器、数据处理、接口、T/V变换和输出等部分组成。


图4 交流信号数字式电量隔离传感器原理框图

互感器有电流互感器和电压互感器两种,电流互感器一般为穿孔方式,电压互感器在其原边一般需要加限流电阻。

数据处理部分是产品数字化的核心部分,目前一般都选用带A/D转换器单片机,如PIC16C74、MSP430或ADCUC812等,因此,电路可以很简单。如果选ADUC812单片机,则可以直接输出0~5V电压信号,因为其内部包含有两个12位的D/A转换器。

接口部分是数字信号输出的变换电路,目前广泛采用的是RS-485总线接口,常用的接口芯片为ADM483,它可以较多挂接32个节点,当然现在也有许多其它类似芯片。RS-232接口一般有两种方式实现,一种就是在RS-485网络总在线加一个RS-485/RS-232转换器,另一种就是,直接把RS-232接口芯片放在产品中,后一种的缺点就是产品的应用将受到限制,不能组成网络结构,只能点对点通讯。CAN-BUS是目前发展较快的一个总线,其优点是传输距离远,可以达到10km,不会出现总线冲突,多主工作方式,通讯协议通用性好,当然其成本较高。

T/V变换是为了兼容仿真信号采集输入系统,目前一般是采用PWM方式输出,再经过T/V变换,输出0~5V或4~20mA仿真信号。

软件主要包含三个功能模块,数据采集、数据处理和通讯协议。其中数据采集主要就是读取A/D的转换结果,由于单片机自带A/D,因此程序比较简单。

数据处理主要完成交流变直流的运算,由于单片机的运算速度有限,因此我们采用频率跟踪法,来完成变换的计算。

通讯协议一般由用户选定,如MODBUS协议,ASCII格式等。

四、结束语

以上简单地介绍了电量隔离传感器的基本工作原理和数字化技术问题。由于数字式电量隔离传感器可以直接输出数字量,对于许多应用系统可以省去A/D采集模块,所以,可以降低系统成本。因此,电量隔离传感器的数字化,不仅提高产品稳定性,还可以使用户进一步降低成本。

由于电量隔离传感器产品种类较多,本文仅介绍了一种交流信号电量隔离传感器数字化技术。电量隔离传感器实现数字化的方法较多,目前较为普遍的是采用单片机技术,因为它的应用很灵活,可以实现各种不同功能。随着集成电路不断发展,已经出现了许多专用的芯片,如电度表产品,已有许多专用芯片可选,有数字接口也有脉冲输出等。

本文对电量隔离传感器产品数字化问题作了肤浅的探讨,仅供有关人员参考,希望起到抛砖引玉的作用,加快电量隔离传感器数字化技术的更大发展。

注塑机上压力传感器的选型和安装

压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内,它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。该数据可被记录在监测系统中,以用于实时调节模塑压力,并在模塑后进行检查或者排除生产过程中出现的故障。值得一提的是,这种经采集的压力数据可以成为针对此模具和此材料的通用工艺参数,换句话说,该数据可以在不同的注塑机上(使用相同的模具)指导生产。在此只讨论压力传感器安装在模腔内的情况。
压力传感器的类型
目前,在模腔中使用的压力传感器有两种类型,即平装型和间接型。平装型传感器是通过在模腔后面钻一个安装孔而插入模腔的,它的顶部与模腔的表面平齐,其电缆则从模具中穿过而与位于模具外表面的监测系统接口相连接。这种传感器的优点是不会受到脱模时的压力干扰,但是在高温条件下它很容易损坏,造成安装困难。
间接型传感器分为滑动式和纽扣式两种结构。它们都能将塑料熔体施加在顶出器或固定销上的压力传递给模具顶出板或动模板上的传感器。滑动式传感器通常安装在已有的推件销下的顶出板上。而在进行高温模塑时,或者把低压传感器用于小顶销时,滑动式传感器一般会被安装在模具的动模板上,这时推件销通过顶出器套而起作用或者另使用一个过渡销。过渡销具有两个作用,一是在使用现有顶出器的情况下,它能使滑动式传感器免受脱模压力的干扰。另一作用是当生产周期短、脱模速度快时,它能使传感器不受顶出板快速加速和减速的影响。
滑动式传感器顶部的推件销的大小决定了所需传感器的大小。当模腔内需要安装多个传感器时,模具设计人员对它们使用同样大小的顶销,以避免模塑商出现设置错误或者调校错误。由于顶销的作用是向传感器传递塑料熔体的压力,故而不同的制品要采用不同尺寸的顶销。
 
一般来说,纽扣式传感器要固定在模具内的某个凹窝处,由此使传感器的安装位置必须是加工人员感兴趣的位置。若要拆卸这种传感器,则必须打开模板或者预先在结构上进行一些特殊的设计。

根据纽扣式传感器在模具内的位置的不同,可能需要在模板上安装电缆的集线盒。与滑动式传感器相比,纽扣式传感器的压力读数更可靠。这是由于纽扣式传感器始终被固定在模具的凹窝内,而不像滑动式传感器那样可以在钻孔内发生移动。因此应当尽可能地使用纽扣式传感器。
压力传感器的安装位置
如果压力传感器的安装位置正确,则它能够为模塑商提供大量有用的信息。除了一些特例以外,用于过程监控的传感器通常应当被安装在模腔的后三分之一处,而用于控制模塑压力的传感器则应当安装在模腔的前三分之一处。对于极小型制品,压力传感器有时安装在流道系统内,但是这会使传感器监测不到浇口的压力。需要强调的是,当注料不足时,模腔底部的压力为零,因此位于模腔底部的传感器就成为监测注料不足的重要手段。随着数字传感器的使用,使得每一个模腔内都可以安装传感器,而从模具到注塑机的连接则只需一根网络线。如此一来,只要将传感器安装在模腔的底部,无需其它任何过程控制的接口,就可以杜绝注料不足的发生。
在上述大前提下,模具设计和制造商还要决定究竟在模腔内的哪一个凹窝处放置压力传感器,以及电线或电缆出口的位置。其设计原则是电线或电缆从模具内穿出来后不能够随意移动。一般的做法是在模具底座上固定一个连接器,然后使用另外一根电缆将模具与注塑机以及辅助设备连接起来。

压力传感器的重要作用
模具制造商能够利用压力传感器对即将交付使用的模具进行严格的试模,以对模具的设计加工进行改进。制品的成型工艺可以在次试模或者第二次试模的基础上进行设置和优化。这种经优化了的工艺可直接用于以后的各次试模中,从而减少了试模次数。随着试模的完成,不仅使模具达到了质量要求,而且还使模具制造商获得了一套经过验证了的工艺数据。这些数据将作为模具的一部分而交付给模塑商。如此一来,模具制造商提供给模塑商的就不仅仅是一套模具,而是模具和适合此模具的工艺参数复合在一起的一种解决方案。这种方案与单纯提供模具相比,其内在价值得到了提升。不但使试模成本大大降低,而且也缩短了试模的时间。
过去,制模厂家在被其用户告之模具常常出现充填不好、关键尺寸不正确等问题后,由于无从得知塑料在模具中的状态,他们只能根据经验来揣测发生问题的原因,从而不但会使其走弯路,而且有时还不能彻底解决问题。而现在他们只要根据模塑商从压力传感器所收集到的有关塑料在模具中的状态信息进行分析,就可以准确地判断出问题的症结所在。
尽管并不是每一套模具都需要压力传感器,但是每一套模具都可以从压力传感器所提供的信息中获益。因此,所有的制模商都应当了解压力传感器在优化注射模具中所起的重要作用。那些相信压力传感器的使用在制造精密模具中起关键作用的模具制造商能够使他们的用户更为快速地生产出符合质量要求的产品,同时还可以促进他们的模具设计和制造技术的提高。



    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。







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