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创新的线性传感器测量方法与应用

发表时间:2021-06-18 18:04【

  LVDT位移传感器存在许多安装选项。如果需要,线圈组件可以连接到被测量,而推杆连接到固定点。可以采用各种机械联动装置,以便核心运动可能大于或小于被测量的运动。

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  LVDT装置更适合拉伸测试测量


  在对材料进行拉伸测试以确定其弹性模量时,有必要准确了解施加的载荷以及材料在该载荷下拉伸的距离。传统上,这些参数分别使用称重传感器和LVDT位移传感器准确测量。在后一种情况下,带有位移传感器的引伸计直接连接到被测样品。


  这种方法有两个明显的缺点:


  必须为每个样品设置引伸计,并倾向于限制对它的访问。


  如果样品被测试到断裂点,突然的冲击会损坏换能器。


  这些缺点可以通过使用具有LVDT测量传感器移动与精密加工的“楔形”传输机构接触的钻机来避免。


  使用这种替代方法,测量线性传感器固定在样品固定夹上,样品固定夹随着材料的拉伸而移动。当测量换能器传感头沿楔形斜面向上移动时,垂直运动被转换为换能器芯的成比例的水平运动。来自换能器的线性电压输出信号被馈送到数字电压表或类似的测量设备,可以参考倾斜表面的角度进行校准,以直接和精确地测量材料在负载下的伸长率。


  由于测量传感器的精密球尖沿斜面的光滑加工表面自由移动,并且由于传感器轴在精密轴承中运行,因此不会发生传感器轴的侧向应力。通过使用相对于行进方向的非常小的倾斜角进一步确保了这一点,这也允许使用小行程传感器;换能器磁芯的水平移动可以比垂直移动的距离小10倍之多。


  测量传感器具有高精度线性输出,即使是小行程,因此测试样品伸长率的校准测量也非常准确。对于非常小的伸长率,例如在高载荷下小于1 mm,使用线性位移传感器的引伸计会稍微准确一些。然而,测量换能器装置更适用于大多数应用,尤其适用于测试软金属、塑料和橡胶等可大幅拉伸而不会断裂的材料。


  由于测量传感器固定在夹具的侧面,因此不会妨碍接触测试样品。也不需要每次将新样品放入试验机时都进行设置。如果样品破裂,换能器尖端只会沿斜面更快地移动,而不会造成损坏。整体设计非常紧凑。

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  传感器可根据材料厚度的变化进行整形


  工业测量传感器通常用于检查制造的板材(例如纸张或金属)的厚度是否保持在指定的公差范围内。当被测量产品的轮廓涉及几种不同的厚度时,例如复杂的挤压,可以设计一个测量装置,结合多个线性传感器来监测各种尺寸。在这一想法的进一步变体中,LVDT型测量传感器已内置于设计用于测量天然制造材料(加工动物皮)的不同厚度的钻机中。然后使用这些轮廓测量来构建完整皮肤的图片,以便可以从中切割出厚度均匀的区域并充分利用;最薄的皮革可能被选作手套,


  与厚度均匀的板材一样,皮肤在基本上两个辊之间通过以进行厚度测量,这两个辊都可以围绕它们的轴自由旋转。下滚轮固定在其垂直平面上,为测量提供基准。另一个可以垂直移动以跟随材料的上表面,它离开基准面的距离(即材料的厚度)由测量换能器测量。然而,为了适应不同厚度的皮肤,在这种情况下,上辊在其宽度上被分成十六个单独的部分。


  每个部分都被弹簧加载到一个共同的支撑轴上,该轴设置在基准辊上方的固定距离处。当蒙皮在滚轮之间通过时,上滚轮的部分通过弹簧与材料表面保持正接触,但它们能够随着蒙皮厚度的变化而上下移动。一个单独的LVDT测量传感器专用于每个滚筒部分,并监测该点皮肤厚度的变化。为了避免传感器传感头的任何侧向应变,这可能是由于与旋转辊的直接接触而引起的,垂直位移通过一个枢转的扁杆以机械方式传递到传感器,该扁杆的自由端位于辊子的顶部(见侧视图)。

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  来自换能器的电压输出信号在测量设备上进行校准,以考虑这样一个事实,即具有这种布置的换能器头移动的距离与辊部分的实际垂直移动略有不同。上辊支撑轴的高度设置为适合平均皮肤厚度。滚轮部分的数量和宽度设计为适合预期的最宽皮肤。当皮肤在滚轮之间通过时,记录的测量值给出了沿每个换能器线变化的皮肤厚度的精确指示。


  整个皮肤的“轮廓图”显示了不同厚度的区域,它是通过在计算机中处理线性传感器输出信号并呈现结果数据而生成的。可以使用颜色代码或单色色调来阐明不同厚度的区域,就像在法线地图上表示不同的土地高度一样。


  可以轻松识别所需厚度的任何皮肤部分,以制造特定物品,从而促进图案的定位并以最小的浪费优化材料的使用。


  使用线性位移传感器测量压力和负载


  与合适的力敏感设备(例如金属膜片或校验环)结合使用,线性位移传感器可以提供高度准确和稳定但成本相对较低的压力和负载测量方法。


  隔膜系统的一种应用是测量安全壳内的压力,例如开发和测试期间的发动机气缸体压力。安装在检测环内,位移传感器可以提供优于应变计的优势,用于测量非常小的负载或可能存在冲击负载的情况。通常,回旋金属膜片内置于加压容器的壁中并在压力下偏转。隔膜厚度和灵敏度的设计适合压力范围。

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  LVDT线性传感器与振膜成直角安装,其核心延长杆连接到圆盘的中心。线性传感器可用于高达600°C的工作温度。


  或者,对于高温,可以使用不与隔膜接触的接近传感器。振膜的任何弯曲都会被传感器的输出电压信号反映出来。一个简单的微芯片可以通过加压到一个已知的高压和一个低压来进行校准,因为圆盘的运动与中心的压力呈线性关系。由此产生的低成本、简单的压力传感器具有高度的可重复性和可靠性。


  在某些应用中,将线性位移传感器结合到检测环中使负载测量系统具有明显优于应变计的优势。在实际运动很少的情况下工作,应变计往往很僵硬,对非常小的负载不敏感。另一方面,检测环是一种相对松软的梁,能够在负载下更自由地移动——只是相对而言,因为移动的距离需要小于整体行程,例如线性传感器的±0.5 mm。因此,该系统对轻负载更敏感。


  虽然证明环会弯曲,但实际上它比应变计更坚固和更有弹性.当载荷被快速施加和移除时,应变计的刚度具有优势,因为刚度系统提供高频响应。但是,如果应变片ºº承受高冲击载荷,则它很容易过载。另一方面,检测环可以移动得更远以吸收冲击载荷而不会产生不利影响。

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  使用LVDT传感器进行计数


  通过基于线性传感器的简单设计原理,可以实现对钞票或需要绝对数值精度的类似纸张项目的高速计数。这些高灵敏度LVDT传感器输出的电压信号可用于:高速单独计数钞票;检测两个或多个音符何时一起计数;识别录音修复;指示笔记何时折叠;并在纸币的一部分丢失时提醒操作员。


  在典型的机器设计中,钞票被送入两个旋转辊之间,其中一个在固定轴承中运行,而另一个能够线性移动以改变它们之间的间隙。后一个滚筒通过适当的载荷与钞票保持可靠接触。微型线性传感器安装在该可移动滚筒的每一端,以测量钞票通过间隙时的线性位移。


  因此,当一张钞票在滚轮之间通过时,LVDT磁芯的位移量等于钞票的厚度,这会为两个传感器产生相应强度的电压输出信号。该信号仅在钞票在滚轮之间通过时持续,从而产生可用于电子计数的脉冲输出。两个音符一起通过将使持续信号强度加倍,依此类推。


  其他应用


  动力涡轮机:世界各地发电厂的发电涡轮机应用使用线性可变差动传感器作为位置传感器和信号调节器,以提供必要的运行功率。电感式或LVDT类型的位置传感器所需的交流电压和频率无法从电源线获得。


  液压:线性位置传感器用作液压蓄能器中的电荷传感器、恶劣环境中的特殊外部传感器,对振动和冲击具有高抗扰度,并且包括我们传感器能力范围内的所有行程长度。如果您需要更长的行程长度,请致电我们在OMEGA的专业工程人员,以获取定制设计信息。


  自动化:LVDT自动化应用利用密封的尺寸测量探头在您的研发实验室、制造车间之外执行,并进入工厂自动化、过程控制环境、TIR测量和工业测量的恶劣环境工作条件。


  飞机:大多数航空航天/飞机应用使用微型或超微型位置传感器。它们是电缆驱动的位移传感机制。欧米茄可以为商用飞机、太空、航空和太空栖息地环境系统开发精密产品。产品安装在固定位置,位移电缆连接到起落架或副翼等移动物体上。当发生移动时,电缆会缩回和拉出。根据信号调节和安装系统,电气输出将指示各种速率、角度、长度和运动。


  卫星:考虑在卫星技术及相关领域的应用,除了卫星生产外,航天器、货机、军用战斗机、无人机、实验飞机、导弹、核反应堆、飞行模拟器或高速铁路都需要位置传感器。


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