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电远传压力表式传感器的工作原理

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电远传压力表式传感器的工作原理
点击次数: 发布时间:2016-06-09
电远传压力表生产历史较久,它是在普通弹性元件构成的压力表内附加电远传部件,使之除就地指示压力之外.兼有信号远传的功能。甚至将指针标度尺去掉。以电远传为唯一用途,实质上已成为纯悴的压力传感器.这类传感器的敏感元件和弹性变形式压力表完全一样,此处只需介绍其电远传原理和特性。

(1)电位器式

在弹簧管压力表内安装小型滑线电位器.其滑点由弹簧管自由端带动。如只利雨电位器的滑点和电阻的任意一端,就成为以可变阻值输出的压力传感器,与任何一种测电阻的仪表相连便可侧傲压力。如将电位器的电阻两端和滑点用三根导线引出.井在电阻两端接稳定的直流电压,则滑点和电阻的任意一端之间的电压将取决于滑点位置,也就是取决于被测压力.这样便可与测直流电压的仪表相连而反映压力值。
这种电远传方法比较简单.其有很好的线性。如果采用断面尺寸不均匀的骨架绕制电位器.就能设计成有某种非线性的电位器,借此可将弹性元件或传动机构的非线性抵消,使整个传感器具有线性特性。
电位器式电远传的最大缺点是有滑动触点,为减少弹性元件的变形阻力.以免引起过大的滞环及变差.就希望滑点和电阻丝的接触压力尽量小,但接触压力小就难以保证良好地导电.尤其是电阻表面权化或污染时,滑点接触不可靠。此外,弹性元件的变形位移或转角一般不大,但希望电阻或电压的变化有较好的连续性,不要出现明显的阶梯状特性,这就必须用极细的电阻丝绕制电位器。电阻丝太细势必不耐磨损,特别是压力颇铁波动时,往往局部磨损严重.改变了原有的阻值均匀性,甚至出现磨断电阻丝的现象。
为了改进上述缺点,出现了导电塑料电位器及无触点电位器,用这类新材料或器件代替滑线电位器固然可以提高可靠性,但成本也有所增加。
电位器式压力传感器的原理.见图3.4.1之(a)。

(2)电感式

电感式电远传可以避免滑动触点,它利用弹性元件的变形带动衔铁.改变铁心线圈的气隙,从而改变线圈的电感.在交流电路里.感抗可以很容易地变换成电压.如需要输出直流信号.可加整流滤波电路.电感式压力传感器的原理,见图3.4.1之(b)。
电远传压力表式传感器原理
这种传感器必须用交流电源.为了减小铁心线圈的尺寸,提高传感器的灵敏度。井且遥免工业频率的干扰,最好采用稍高的颇率.例如400Hz。但是这会使电路的成本和复杂性增加.此外要注意铁心的材质选择.避免涡流掇耗。
电感式传感器必须有良好的磁屏蔽,它本身既要防止外界干扰,也应防止对外的干扰作用。
铁心线圈的气隙变化和感抗之间有非线性关系。尤其道得注意的是.电流通过线圈时产生的磁效应会对街铁有吸引力,这就形成了作用于弹性元件的外力.此力与气隙大小有关,必须在校验或标定中消除.否则误差很大。
正因为上述附加吸力是影响精确度的主要因素,所以电感式传感器只适合于较高压力的测量。离压力用的弹性元件刚度系数大.附加吸力所起的作用相对而言较小。

(3)差压变压器式

差动变压器是专门为位移测量用的传感器.在可移动的铁心周围有三组线圈。其中一个是变压器的原边.供交流电。另外两个匝数相等的线圈.按同名端极性反向串联而成为副边。当铁心处于中央位登时.两组副边上的感应电势大小相等,因为反向串联而使愉出为零。铁心偏离中央位置后.副边将出现交流电压.偏离越远,输出交流电压越高。铁心位移的方向不同,输出交流的相位相反。其原理示意如图3.4.1之(c)。
在被侧玉力为零时.使铁心位于线圈的中央,压力增大后输出交流电压随之升高。
差动变压器在规定的铁心位移范围内有较好的线性.但当铁心处于中央位置时,输出井不为零.有一定的残余电压,必要时可设计专用线路以补偿之。
频率对差动变压器的工作不像对电感线圈那祥明显.影响输出的主要是原边电压和副边匝数。它比前述电感法优越之处在于线性好、能从零起始(补偿残余电压之后)、附加力小、位移范围也较大。
差动变压器广泛用于位移侧量,其特性和零点残余电压补偿方法,还将在第7章7.3节中分析。

(4)霍尔元件式

半导体的霍尔效应己在小位移测量中得到实际应用,图3.4.1之(d)即为压力电远传的方法之一。
在弹性元件的自由端安装半导体霍尔元件,并使霍尔元件的两端处于永久磁铁的磁极间隙中,而且两端的磁场方向相反.倘若压力为零时处于方向相反的两对磁极间隙中的面积相等.即使在霍尔元件上通以电流,也不会产生霍尔效应.但压力升高以后.两面积不等.在与电流方向垂直并且也垂直于磁场的方向上就会有电势出现.电流和磁感强度皆为常数时.压力越大,两面积之差越大.输出电势也越高.这就是霍尔效应。
雷尔效应可用来侧量磁感应强度、电流、位移,甚至可以构成运算器。
用桩尔元件构成的电远传压力表或压力传感器.可与任何测直流电压的仪表相配.我国有这种指示仪表,其刻度以压力为单位。

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