歐洲磁致伸縮位移傳感器替代

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)成問題，更無尖重新調(diào)整零位。由于傳感器組件都是非接觸的，所以即使測量過程理不斷重復(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)管來說）的，所以傳播速度也恒定。經(jīng)過計(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)鋼絲一端的波檢測器時(shí)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)ua·通過測量磁致旋轉(zhuǎn)波從位置磁鐵傳到波檢測器的時(shí)間tL就能確定位置磁鐵和波檢測器之間的距離。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)波將通過減波元件被較大削弱，以避免反射的波形對(duì)測量精度造成影響。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)國家競爭力的材料，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題，由于敏感元件都是非接觸式、無磨損運(yùn)行，平均無故障時(shí)間長達(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量各測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)過測試系統(tǒng)測試，移動(dòng)螺旋測微器±0.056mm，傳感器LCD顯示值改變±0.056mm。

②穩(wěn)定性

在測試時(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)定性是指傳感器在外界溫度變化下輸出量發(fā)生的變化。測量傳感器溫度穩(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測試系統(tǒng)靈敏度

移動(dòng)螺旋測微器0.05mm，測到傳感器LCD屏上變化0.056mm，此測試系統(tǒng)的靈敏度為1.12。

綜上，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測得傳感器的靜態(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，磁場和電場也會(huì)導(dǎo)致物體尺寸的伸長和縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場的作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復(fù)原來的長度，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)即沿磁場方向伸長或縮短。

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磁致伸縮位移傳感器線性度

測量：在傳感器測量整個(gè)0～80mm范圍內(nèi)，旋動(dòng)螺旋測微器分別每隔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

將螺旋測微器在傳感器的正反兩個(gè)方向量程內(nèi)來回移動(dòng)，測量范圍為0～80mm，測到的數(shù)據(jù)如圖4。其中有正向測量和反向測量數(shù)值（每隔5mm測量1次），以及正反方向測量的差值△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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