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P+F倾角传感器的工作原理

时间:2015-08-03      阅读:1359

倍加福P+F倾角传感器提供运动控制或关键倾斜限位检测的角度反馈。应用包括汽车车身的实时喷涂系统,或工程机械上的倾斜角监测系统。倍加福倾角传感器 经常用于系统的水平测量,从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器,倾角传感器还可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。 下面就它们的工作原理进行介绍。
1、“固体摆”式惯性器件
固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统,其由摆锤、摆线、支架组成, 摆锤受重力G和摆拉力T的作用,其合外力F为:
其中,θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时,可以认为F与θ成线性关系。如应变式倾角传感器就基于此原理。
2、“液体摆”式惯性器件
液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液,并有三根铂电极和外部相连接,三根电极相互平行且间距相等。当壳体水平时,电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时,电极之间会形成离子电流,两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。若液体摆水平时,则RI=RIII。当玻璃壳体倾斜时,电极间的导电液不相等,三根电极浸入液体的深度也发生变化,但中间电极浸入深度基本保持不变。如图3所示,左边电极浸入深度小,则导电液减少,导电的离子数减少,电阻RI增大,相对极则导电液增加,导电的离子数增加,而使电阻RIII 减少,即RI>RIII。反之,若倾斜方向相反,则RI<RIII。
在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化,倍加福P+F倾角传感器从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化。在实用中除此类型外,还有在电解质溶液中留下一气泡,当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”。
3、“气体摆”式惯性器件
气体在受热时受到浮升力的作用,如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样,热气流总是力图保持在铅垂方向上,因此也具有摆的特性。“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和组成。当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时,的阻值发生变化,并且阻值的变化是角度q或加速度的函数,因而也具有摆的效应。其中阻值的变化是气体与之间的能量交换引起的。
“气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递,在密闭腔体中有气体和,是*的热源。当装置通电时,对气体加热。在能量交换中对流是主要形式。
当流体的动力学粘度、密度和热传导特性一定时,倍加福P+F倾角传感器若周围流体的速度不同,则流过的电流也不同,从而引起两端的电压也产生相应的变化。气体摆式惯性器件就是根据一原理研制的。
气体摆式检测器件的核心敏感元件为。电流流过,产生热量,使保持一定的温度。的温度高于它周围气体的温度,动能增加,所以气体向上流动。在平衡状态时,处于同一水平面上,上升气流穿过它们的速度相同,即V1=V1′,这时,气流对的影响相同,流过的电流也相同,电桥平衡。当密闭腔体倾斜时,相对水平面的高度发生了变化,如图4(b)所示,因为密闭腔体中气体的流动是连续的,所以热气流在向上运动的过程中,依次经过下部和上部的。若忽略气体上升过程中克服重力的能量损失,则穿过上部的气流已经与下部的产生热交换,使穿过两根时的气流速度不同,这时V2>V2,因此倍加福P+F倾角传感器流过两根的电流也会发生相应的变化,所以电桥失去平衡,输出一个电信号。倾斜角度不同,输出的电信号也不同。

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