研制編輯
磁致伸縮位移傳感是利用磁致伸縮效應(yīng)研制的傳感器。
該傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸、***式測(cè)量,具有高精度、大量程的特點(diǎn),特別是由于磁鐵和傳感器并無(wú)直接接觸,因此傳感器可應(yīng)用在惡劣的工業(yè)環(huán)境,如易燃、易爆、易揮發(fā)、有腐蝕的場(chǎng)合。此外,傳感器能承受高溫高壓和高振蕩的環(huán)境。傳感器輸出信號(hào)為***數(shù)值,所以即使電源中斷重接也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)收構(gòu)成問(wèn)題,更無(wú)尖重新調(diào)整零位。由于傳感器組件都是非接觸的,所以即使測(cè)量過(guò)程理不斷重復(fù)的,也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損。
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磁致伸縮位移傳感器
由于G和ρ均為恒定(對(duì)于一定的波導(dǎo)管來(lái)說(shuō))的,所以傳播速度也恒定。經(jīng)過(guò)計(jì)算該旋轉(zhuǎn)波沿著波導(dǎo)鋼絲以2 800 m/s的速度向兩邊傳播。當(dāng)它傳到波導(dǎo)鋼絲一端的波檢測(cè)器時(shí)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)ua·通過(guò)測(cè)量磁致旋轉(zhuǎn)波從位置磁鐵傳到波檢測(cè)器的時(shí)間tL就能確定位置磁鐵和波檢測(cè)器之間的距離。這樣,當(dāng)部件A和B產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),通過(guò)磁致旋轉(zhuǎn)波位移傳感器就可以確定部件A的位置和速度。
在波導(dǎo)鋼絲的另一端,磁致旋轉(zhuǎn)波將通過(guò)減波元件被較大削弱,以避免反射的波形對(duì)測(cè)量精度造成影響。波反射器是用于改善電信號(hào)ua的波形和加強(qiáng)電信號(hào)的大小。
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磁致伸縮位移傳感器材料主要有三大類:
即:磁致伸縮的金屬與合金和鐵氧體磁致伸縮材料。這兩種稱為傳統(tǒng)磁致伸縮材料。它們并沒有得到普遍的應(yīng)用:后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了電致伸縮材料,其電致伸縮系數(shù)比金屬與合金的大約200~400ppm,它很快得到普遍的應(yīng)用;第三大類是發(fā)展的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料,稱為稀土超磁致伸縮材料。它是可提高一個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的材料,是21世紀(jì)戰(zhàn)略性功能材料。
磁致伸縮位移傳感器適用于高溫、高壓和強(qiáng)振蕩等極其惡劣的工況,其***式輸出很好地解決了斷電歸零問(wèn)題,由于敏感元件都是非接觸式、無(wú)磨損運(yùn)行,平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)達(dá)23年。
磁致伸縮位移傳感器重復(fù)性
傳感器在正行程和反行程測(cè)量各測(cè)2次的數(shù)據(jù),其中還計(jì)算了重復(fù)性偏差。根據(jù)式(2)可計(jì)算出0~80mm滿量程的重復(fù)性誤差指標(biāo)el=±0.287%.。
(4)傳感器其他靜態(tài)特性
①傳感器的分辨力
經(jīng)過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試,移動(dòng)螺旋測(cè)微器±0.056mm,傳感器LCD顯示值改變±0.056mm。
②穩(wěn)定性
在測(cè)試時(shí),將傳感器設(shè)定在一固定點(diǎn),然后分別在4h讀取數(shù)據(jù)1次,測(cè)得值分別為31.62 mm, 31.56 mm, 31.56nm, 31.62mm。穩(wěn)定性誤差為0.06mm。傳感器通、斷電幾次后在此位置讀數(shù),仍舊為31.62,驗(yàn)證了磁致伸縮傳感器不受掉電影響。
溫度穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谕饨鐪囟茸兓螺敵隽堪l(fā)生的變化。測(cè)量傳感器溫度穩(wěn)定性時(shí),分別在房間溫度為15℃和室外溫度為1℃測(cè)量,讀數(shù)變化為0.06 m,即溫度穩(wěn)定性誤差為0.06 mm。
③測(cè)試系統(tǒng)靈敏度
移動(dòng)螺旋測(cè)微器0.05mm,測(cè)到傳感器LCD屏上變化0.056mm,此測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度為1.12。
綜上,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得傳感器的靜態(tài)特性,可知傳感器的線性度為0.387%,遲滯誤差為0.256%,重復(fù)性誤差為±0.287%,分辨力為0.056mm。磁致伸縮位移傳感器的自身精度很高,理論可以達(dá)到μm級(jí),實(shí)際分辨力只有0.056mm。
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磁致伸縮位移傳感器
伸縮現(xiàn)象編輯
大家都知道物質(zhì)有熱脹冷縮。除了加熱外,磁場(chǎng)和電場(chǎng)也會(huì)導(dǎo)致物體尺寸的伸長(zhǎng)和縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下,其尺寸伸長(zhǎng)(或縮短),去掉外磁場(chǎng)后,其又恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度,這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象(或效應(yīng))。此現(xiàn)象的機(jī)理是:鐵磁或亞鐵磁材料在居里點(diǎn)以下發(fā)生自發(fā)磁化,形成磁疇。
在每個(gè)磁疇內(nèi)。晶格都沿磁化強(qiáng)度方向發(fā)生形變。當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí),材料內(nèi)部隨即取向的磁疇發(fā)生旋轉(zhuǎn),是各磁疇的磁化方向趨于一致,物體對(duì)外顯示的宏觀效應(yīng)即沿磁場(chǎng)方向伸長(zhǎng)或縮短。
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磁致伸縮位移傳感器線性度
測(cè)量:在傳感器測(cè)量整個(gè)0~80mm范圍內(nèi),旋動(dòng)螺旋測(cè)微器分別每隔5mm記一組數(shù)據(jù),位置磁鐵相應(yīng)移動(dòng),連續(xù)取測(cè)量數(shù)據(jù)20組,如圖3。
線性度的指標(biāo)公式為
式中:el為非線性誤差(線性度);△max為比較大非線性***誤差;YFS為輸出滿量程。
從圖3可知,采用**小二乘法擬合直線的斜率為0.992,直線方程為Y = 0.15784+0. 992X,因此在0~80 mm范圍內(nèi)的線性度為0.387%。
磁致伸縮位移傳感器遲滯
將螺旋測(cè)微器在傳感器的正反兩個(gè)方向量程內(nèi)來(lái)回移動(dòng),測(cè)量范圍為0~80mm,測(cè)到的數(shù)據(jù)如圖4。其中有正向測(cè)量和反向測(cè)量數(shù)值(每隔5mm測(cè)量1次),以及正反方向測(cè)量的差值△H。
由遲滯誤差公式
式中△Hmax為正反行程輸出比較大差值。
從圖4知,△Hmax=0.41,而rH=0.256%。
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