濟南泉潤澤自控技術有限公司  
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<三種常用類型的傳感器的構造特性與用途>
  


(1)、電容式傳感器


    電容式物位傳感器適用于工業企業在生產過程中進行測量和控制生產過程,主要用作類導電與非導電介質的液體液位或粉粒狀固體料位的遠距離連續測量和指示。 


    電容式液位傳感器由電容式傳感器與電子??櫚緶紛槌?,它以兩線制4~20mA恒定電流輸出為基型,經過轉換,可以用三線或四線方式輸出,輸出信號形成為 1~5V、0~5V、0~10mA等標準信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質的圓柱形金屬容器組成。當料位上升時,因非導電物料的介電常數明顯小于空氣的介電常數,所以電容量隨著物料高度的變化而變化。傳感器的??櫚緶酚苫莢?、脈寬調制、轉換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調特原理進行測量的優點是頻率較低,對周圍元射頻干擾、穩定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。


(2)、電感式傳感器


自感式傳感器,由鐵心和線圈構成的將直線或角位移的變化轉換為線圈電感量變化的傳感器,又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數和材料導磁系數都是一定的,其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通激勵電源時,就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是:①無活動觸點、可靠度高、壽命長;②分辨率高;③靈敏度高;④線性度高、重復性好;⑤測量范圍寬(測量范圍大時分辨率低);⑥無輸入時有零位輸出電壓,引起測量誤差;⑦對激勵電源的頻率和幅值穩定性要求較高;⑧不適用于高頻動態測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉換成位移變化的機械量(如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉矩等)的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中,這三種傳感器多制成差動式,以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。
變間隙型電感傳感器  這種傳感器的氣隙δ隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻(圖1)。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小,因此常常要考慮兩者兼顧。δ一般取在0.1~0.5毫米之間。


變面積型電感傳感器  這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對覆蓋面積(即磁通截面)隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻(圖2)。它的靈敏度為常數,線性度也很好。


螺管插鐵型電感傳感器  它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大,靈敏度低,結構簡單,便于制作。


(3)、壓電式傳感器
 
基于壓電效應的傳感器。是一種自發電式和機電轉換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產生電荷。此電荷經電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。它的優點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結構簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些壓電材料需要防潮措施,而且輸出的直流響應差,需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。

 
壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現力-電轉換的傳感器,在拉、壓場合,通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大,測量范圍寬,線性及穩定性高,動態特性好。當采用大時間常數的電荷放大器時,可測量準靜態力。按測力狀態分,有單向、雙向和三向傳感器,它們在結構上基本一樣。
圖所示為壓電式單向測力傳感器的結構圖。傳感器用于機床動態切削力的測量。絕緣套用來絕緣和定位?;諭獾酌娑云渲行南叩拇怪倍?、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴格的要求,否則會使橫向靈敏度增加或使片子因應力集中而過早破碎。為提高絕緣阻抗,傳感器裝配前要經過多次凈化(包括超聲波清洗),然后在超凈工作環境下進行裝配,加蓋之后用電子束封焊。


壓電式壓力傳感器的結構類型很多,但它們的基本原理與結構仍與壓電式加速度和力傳感器大同小異。突出的不同點是,它必須通過彈性膜、盒等,把壓力收集、轉換成力,再傳遞給壓電元件。為保證靜態特性及其穩定性,通常多采用石英晶體作為壓電元件。

圖所示為壓縮式壓電加速度傳感器的結構原理圖,壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個表面上鍍銀層,并在銀層上焊接輸出引線,或在兩個壓電片之間夾一片金屬,引線就焊接在金屬片上,輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個比重較大的質量塊,然后用一硬彈簧或螺栓、螺帽對質量塊預加載荷。整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中,為了隔離試件的任何應變傳遞到壓電元件上去,避免產生假信號輸出,所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來制造。

測量時,將傳感器基座與試件剛性固定在一起。當傳感器感受到振動時,由于彈簧的剛度相當大,而質量塊的質量相對較小,可以認為質量塊的慣性很小,因此質量塊感受到與傳感器基座相同的振動,并受到與加速度方向相反的慣性力作用。這樣,質量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上。由于壓電片具有壓電效應,因此在它的兩個表面上就產生了交變電荷(電壓),當振動頻率遠低于傳感器固有頻率時,傳感器的輸出電荷(電壓)與作用力成正比,即與試件的加速度成正比。輸出電量由傳感器輸出端引出,輸入到前置放大器后就可以用普通的測量器測出試件的加速度,如在放大器中加進適當的積分電路,就可以測出試件的振動加速度或位移。

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