電遠傳壓力表式傳感器的工作原理
點擊次數:4695 發(fā)布時間:2020-04-25 03:01:27
電遠傳壓力表生產歷史較久,它是在普通彈性元件構成的壓力表內附加電遠傳部件,使之除就地指示壓力之外.兼有信號遠傳的功能。甚至將指針標度尺去掉。以電遠傳為**用途,實質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傳原理和特性。
(1)電位器式
在彈簧管壓力表內安裝小型滑線電位器.其滑點由彈簧管自由端帶動。如只利雨電位器的滑點和電阻的任意一端,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傲壓力。如將電位器的電阻兩端和滑點用三根導線引出.井在電阻兩端接穩(wěn)定的直流電壓,則滑點和電阻的任意一端之間的電壓將取決于滑點位置,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.就能設計成有某種非線性的電位器,借此可將彈性元件或傳動機構的非線性抵消,使整個傳感器具有線性特性。
電位器式電遠傳的*大缺點是有滑動觸點,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電.尤其是電阻表面權化或污染時,滑點接觸不可靠。此外,彈性元件的變形位移或轉角一般不大,但希望電阻或電壓的變化有較好的連續(xù)性,不要出現明顯的階梯狀特性,這就必須用*細的電阻絲繞制電位器。電阻絲太細勢必不耐磨損,特別是壓力頗鐵波動時,往往局部磨損嚴重.改變了原有的阻值均勻性,甚至出現磨斷電阻絲的現象。
為了改進上述缺點,出現了導電塑料電位器及無觸點電位器,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
電感式電遠傳可以避免滑動觸點,它利用彈性元件的變形帶動銜鐵.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。但是這會使電路的成本和復雜性增加.此外要注意鐵心的材質選擇.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系。尤其道得注意的是.電流通過線圈時產生的磁效應會對街鐵有吸引力,這就形成了作用于彈性元件的外力.此力與氣隙大小有關,必須在校驗或標定中消除.否則誤差很大。
正因為上述附加吸力是影響精確度的主要因素,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
差動變壓器是專門為位移測量用的傳感器.在可移動的鐵心周圍有三組線圈。其中一個是變壓器的原邊.供交流電。另外兩個匝數相等的線圈.按同名端*性反向串聯(lián)而成為副邊。當鐵心處于中央位登時.兩組副邊上的感應電勢大小相等,因為反向串聯(lián)而使愉出為零。鐵心偏離中央位置后.副邊將出現交流電壓.偏離越遠,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)。
在被側玉力為零時.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。
差動變壓器在規(guī)定的鐵心位移范圍內有較好的線性.但當鐵心處于中央位置時,輸出井不為零.有一定的殘余電壓,必要時可設計專用線路以補償之。
頻率對差動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。它比前述電感法優(yōu)越之處在于線性好、能從零起始(補償殘余電壓之后)、附加力小、位移范圍也較大。
差動變壓器廣泛用于位移側量,其特性和零點殘余電壓補償方法,還將在*7章7.3節(jié)中分析。
(4)霍爾元件式
半導體的霍爾效應己在小位移測量中得到實際應用,圖3.4.1之(d)即為壓力電遠傳的方法之一。
在彈性元件的自由端安裝半導體霍爾元件,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,也不會產生霍爾效應.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有電勢出現.電流和磁感強度皆為常數時.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。
雷爾效應可用來側量磁感應強度、電流、位移,甚至可以構成運算器。
用樁爾元件構成的電遠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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