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位移检测系统分析 引言 咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示 2008年全球传感器市场容量为506亿美元 预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上 调查显示 东欧 亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区 而美国 德国 日本依旧是传感器市场分布最大的地区 就世界范围而言 传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场 占第二位的是过程控制市场 看好通讯市场前景 内容简介 一 位移传感器的定义及分类 二 几种常见的位移传感器 1 电感式位移传感器 2 磁致伸缩线性位移传感器 3 电涡流传感器 三 典型位移检测系统分析 磁尺位移检测系统在热连轧机侧导板开度检测改造中的应用 一 位移传感器的定义 所谓位移传感器就是利用各种元件检测对象的物理变化量 通过将该变化量转换为距离 来测量从传感器到对象物的距离位移的机器 根据使用元件的不同 分为光学式位移传感器 线性接近传感器 超声波位移传感器等 测位移就是测量刚体平移或转动时的线位移或角位移的机械量 用于测量机械位移 机械零部件的几何参数 尺寸 表面形状等 以及在加工过程中需要连续测量的几何尺寸如钢板 纸和橡胶等 位移传感器是测量位移的重要元器件 是位移检测系统不可或缺的重要组成部分 磁致伸缩位移传感器 自复位式位移传感器 激光位移传感器 各种各样的位移传感器 电涡流位移传感器 直线位移传感器 超声波位移传感器 位移传感器的分类 根据输出信号的类型可分为模拟式位移传感器 数字式位移传感器两类 根据运动方式可分为直线位移传感器 角度位移传感器 根据材质可分为金属膜传感器 导电塑料传感器 光电式传感器 磁敏式传感器 金属玻璃铀传感器 绕线传感器 电位器式位移传感器 根据被测物体的位置关系可分为接触式位移传感器 非接触式位移传感器 二 几种常见的位移传感器 1 电感式位移传感器 电感式位移传感器PR9350 电感式位移传感器PR9350采用电感式测量原理 供电电压为5V 灵敏度高 线性误差小 温度范围广泛 工作原理 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件 接通电源后 在开关的感应面将产生一个交变磁场 当金属物体接近此感应面时 金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量 使振荡器输出幅度线性衰减 然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的 性能特点 电感式位移传感器具有无滑动触点 工作时不受灰尘等非金属因素的影响 并且低功耗 长寿命 可使用在各种恶劣条件下 应用领域 位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制 输出特性曲线 2 磁致伸缩线性位移传感器 磁致伸缩液位位移传感器 工作原理 当工作时 由电子仓内电子电路产生一起始脉冲 此起始脉冲在波导丝中传输时 同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场 当这个磁场与磁环或浮球中的永久磁场相遇时 产生磁致伸缩效应 使波导丝发生扭动 这一扭动被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲 通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差 即可精确测出被测的位移和液位 性能特点 该产品主要应用于要求测量精度高 使用环境较恶劣的位移和液位测量系统中 具有精度高 重复性好 稳定可靠 非接触式测量 寿命长 安装方便 环境适应性强等特点 应用领域 广泛应用于石油 化工 制药 食品 饮料等行业 对各种液罐的液位进行计量和控制 作为位移传感器 它不但可以测量运动物体的直线位移 而且还可同时给出运动物体的速度模拟信号 磁致伸缩线性位移传感器结构图 3 电涡流传感器 工作原理 电涡流传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移传感器 前置器内产生的高频电流从振荡器流入探头线圈中 线圈就产生了一个高频电磁场 当被测金属的表面靠近该线圈时 由于高频电磁场的作用 在金属表面产生感应电流 即电涡流 该电流产生一个交变磁场 方向与线圈磁场相反 这二个磁场相互迭加就改变了原线圈的阻抗 所以探头与被测金属表面距离的变化可通过探头线圈阻抗的变化来测量 前置器根据探头线圈阻抗的变化输出一个与距离成正比的直流电压 电涡流传感器的工作原理图 应用领域 广泛应用于电力 石化 冶金 钢铁 航空航天等大中型企业 对各种旋转机械的轴位移 振动 转速 胀差 偏心 油膜厚度等进行在线监测和安全保护 为精密诊断系统提供了全息动态特性 有效地对设备进行保护 性能特点 可靠性好 灵敏度高 抗干扰能力强 采用非接触测量 响应速度快 耐高温 能在油 汽 水等恶劣环境下长期连续工作 检测不受油污 蒸汽等介质的影响 三 典型位移检测系统分析 磁尺位移检测系统在热连轧机侧导板开度检测改造中的应用 1 系统组成磁尺位移检测系统由机械安装支架 磁尺传感器 单片机放大控制器组成 利用现有的MAC计算机的I O板 电压或电流输入 输出出板 以及APC软件包 3 磁尺传感器磁尺传感器 即直线式感应同步器 和旋转式感应同步器的原理基本相同 重要区别在于传感器采用 28mm磁尺 类似于活塞杆 和传感头 定尺 组合 也可分离 而旋转感应同步器的定子相当于磁尺传感头 结构不完全相同 磁尺是在磁性体上用特殊方式嵌入等间隔的非磁性体 并在表面镀一层硬质保护层 旋转感应同步器的转子绕有绕组 绕组通过滑环连接到插头 磁尺位移检测系统式磁尺和传感头相对滑动 强度高 安装方便 磁尺和传感头课安装在水雾 高温等恶劣环境中 2 机械安装图2磁尺传感器与导板的一侧直接相连 无中间变速器 4 单片机放大控制器与ASI板相比 单片机放大控制器增加了单片机 输出接口 串行 并行 模拟电压 电流 和运行 报警指示灯 单片机放大控制器准确计算磁尺位移量 精度高 能进行零点任意设置 具有传感器及超速故障报警 自检和悼点保护等智能化功能 课开发自动定位控制功能 避免了元旋转式感应同步器检测系统无故障报警 侧导板看度检测丢失 故障查找过程复杂的问题 5 APC软件包修改修改APC软件中有关侧导板开度计算部分 直接读单片机放大控制器输出模拟电压信号并按比例转换为侧导板开度 由于每个磁尺传感器对应一台单片机放大控制器 侧导板开度检测计算与在线控制计算机分离 所以不存在因为计算机运行速度慢而丢失数据的问题 6 磁尺位移检测系统投入使用后 具有明显的优势 检测精度高 由于磁尺直接与导板相连 武机械传动间隙 而且磁尺位移检测系统的检测精度高 改系统最大分辨率为6 25 m 显示精度0 1mm 没有积累误差 采样计算速度快 磁尺最大运行速度8m s 数据采样时间0 2ms 单片机软件运行周期2ms 操作维护简单 磁尺位移检测系统故障点减少 维护安装方便 具