| 磁致伸縮液位計(jì)移傳感器在液位測量中原理 |
| 信息來源： 磁致伸縮液位計(jì) | 2022-09-20 點(diǎn)擊量： 3007 |
在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時(shí)代，缺少不了壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、密度計(jì)、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場第一數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個(gè)工業(yè)自動化系統(tǒng)充當(dāng)控制、檢測等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場最前沿的壓力變送器使用情況。
針對扭轉(zhuǎn)力作用下波導(dǎo)絲發(fā)生磁化狀態(tài)的改變進(jìn)而影響傳感器的輸出特性這一問題，基于材料力學(xué)求解扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，并從磁疇角度分析扭轉(zhuǎn)力對魏德曼效應(yīng)的影響，結(jié)合Fe-Ga合金的非線性本構(gòu)模型和磁致伸縮逆效應(yīng)等建立磁致伸縮位移傳感器的輸出電壓模型，計(jì)算不同螺旋磁場和扭轉(zhuǎn)力下的輸出電壓。搭建預(yù)加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下輸出電壓的測試平臺，從理論和實(shí)驗(yàn)上確定輸出電壓隨扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的增大呈非線性減小的變化規(guī)律。
磁致伸縮位移（液位）傳感器，通過內(nèi)部非接觸式的測控技術(shù)精確地檢測活動磁環(huán)的絕對位置來測量被檢測產(chǎn)品的實(shí)際位移值的；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應(yīng)用于成千上萬的實(shí)際案例中。
研究還表明：在同一磁場下，正向扭轉(zhuǎn)應(yīng)力導(dǎo)致的電壓降小于反向扭轉(zhuǎn)應(yīng)力導(dǎo)致的電壓降，提高偏置磁場或激勵磁場可以從一定程度上抵消扭轉(zhuǎn)應(yīng)力對電壓的影響。研究可為設(shè)計(jì)大量程高精度的位移傳感器提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。
傳感器的核心包括一條鐵磁材料的測量感應(yīng)元件，一般被稱為 "波導(dǎo)管"，一個(gè)可以移動的永磁鐵， 磁鐵與波導(dǎo)管會產(chǎn)生一個(gè)縱向向的磁場。每當(dāng)電流脈沖(即 "詢問信號")由傳感器電子頭送出并通過波導(dǎo)管時(shí)，第二個(gè)磁場便由波導(dǎo)管的徑向方面制造出來。
當(dāng)這兩個(gè)磁場在波導(dǎo)管相交的瞬間，波導(dǎo)管產(chǎn)生 "磁致伸縮" 現(xiàn)像，一個(gè)應(yīng)變脈沖即時(shí)產(chǎn)生。這個(gè)被稱為 "返回信號" 的脈沖以超聲的速度從產(chǎn)生點(diǎn)(即位置測量點(diǎn))運(yùn)行回傳感器電子頭并被檢測器檢出來。準(zhǔn)確的磁鐵位置測量是由傳感器電路的一個(gè)高速計(jì)時(shí)器對詢問信號發(fā)出到返回信號到達(dá)的時(shí)間周期探測而計(jì)算出來，這個(gè)過程極為快速與精確無誤。
磁致伸縮位移傳感器以線圈為檢測裝置，其輸出量為電壓信號，對電壓信號進(jìn)行分析處理從而獲得應(yīng)力波的傳播時(shí)間，由于應(yīng)力波的傳播速度一定，檢測位移通過應(yīng)力波的波速乘以應(yīng)力波的傳播時(shí)間即可求得。
紅旗儀表對磁致伸縮位移傳感器的精度進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)輸出電壓的峰值越大，根據(jù)閾值法或峰值法確定的應(yīng)力波傳播時(shí)間越精確，傳感器的測量精度越高。為研制更符合測量需求的磁致伸縮位移傳感器，有必要對磁致伸縮位移傳感器的輸出特性進(jìn)行深入的研究。
紅旗儀表在實(shí)踐對磁致伸縮位移傳感器的輸出特性進(jìn)行研究，技術(shù)人員采用波導(dǎo)絲所受的扭矩描述波導(dǎo)絲的角應(yīng)變，根據(jù)磁機(jī)械耦合原理得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式，進(jìn)而建立起激勵磁場、偏置磁場和材料特性與輸出電壓的關(guān)系。
技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)波導(dǎo)絲的磁致伸縮是影響魏德曼效應(yīng)的重要因素。技術(shù)人員基于魏德曼效應(yīng)得到了含有磁致伸縮系數(shù)的輸出電壓模型，建立起磁致伸縮與輸出電壓的函數(shù)關(guān)系。技術(shù)人員者提出磁致伸縮導(dǎo)波位置傳感器的電磁感應(yīng)信號來源于磁疇的自由旋轉(zhuǎn)和應(yīng)力波的偏心運(yùn)動。
隨后，技術(shù)人員對應(yīng)力波在波導(dǎo)絲中的衰減特性進(jìn)行了研究，提出衰減系數(shù)測試方法，并討論了波導(dǎo)絲的線徑、應(yīng)力波的頻率等對衰減系數(shù)的影響。有學(xué)者考慮應(yīng)力波衰減特性，建立了傳感器輸出電壓隨應(yīng)力波傳播距離變化的數(shù)學(xué)模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型，結(jié)果表明輸出電壓隨傳播距離的增大呈指數(shù)衰減。
以上研究均未涉及外加應(yīng)力對傳感器輸出特性的影響，實(shí)際上，應(yīng)力可以使磁性材料產(chǎn)生應(yīng)變，從而改變傳感器的輸出特性。有學(xué)者根據(jù)位移傳感器的輸出電壓與螺旋磁場的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)一步通過分析有效場、應(yīng)力場和磁化強(qiáng)度的關(guān)系，得到應(yīng)力和磁場共同作用下的輸出電壓模型。但該模型只適用于分析軸向應(yīng)力對輸出電壓的影響，對于在波導(dǎo)絲安裝過程中極容易受到的扭轉(zhuǎn)力問題并不適用，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力對輸出電壓的影響尚未可知。
儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。
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