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        上海傾角傳感器的原理公式及安裝使用方法,上海傾角傳感器

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        傾角傳感器的原理公式及安裝使用方法

        發布時間 : 2021-12-28 11:13:07      訪問量 : 1929次

        傾角傳感器的原理公示及安裝使用方法

        隨著生產和科學的不斷發展,角度測量越來越廣泛的應用于工業科研等各領域,隨著技術水平和測量準確度也在不斷提高。市場對于傳感器的需求也是越來越大,單從定義上來看傾角傳感器是用來測量相對于水平面的傾角變化量,換句話說傾角傳感器其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器。


        根據基本的物理原理,在一個系統內部,速度是無法測量的,但卻可以測量其加速度。如果初速度已知,就可以通過積分算出線速度,進而可以計算出直線位移,所以它其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器。


        當傾角傳感器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用,那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。


        傾角傳感器經常用于系統的水平距離和物體的高度的測量,從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器,這三種傾角傳感器都是利用地球萬有引力的作用,將傳感器敏感器件對大地的姿態角,即與大地引力的夾角 (傾角)這一物理量,轉換成模擬信號或脈沖信號。


        固體擺式傾角傳感器

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        如圖所示,其由擺錘、擺線、支架組成,擺錘受重力G和擺拉力T的作用,其合外力


        F =G sinθ=mg sinθ


        式中的θ為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內測量時,可以認為F與θ成線性關系。如應變式傾角傳感器就是基于此原理。


        液體擺式傾角傳感器


        液體擺的結構原理是在玻璃殼體內裝有導電液,并有三根鉑電極和外部相連接,三根電極相互平行且間距相等,如圖所示。

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        當殼體水平時,電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時,電極之間會形成離子電流,兩根電極之間的液體相當于兩個電阻RI和RIII。


        若液體擺水平時,則RI=RIII。


        當玻璃殼體傾斜時,電極間的導電液不相等,三根電極浸入液體的深度也發生變化,但中間電極浸入深度基本保持不變。如圖所示,左邊電極浸入深度小,則導電液減少,導電的離子數減少,電阻RI增大,相對極則導電液增加,導電的離子數增加,而使電阻RIII 減少,即RI>RIII。反之,若傾斜方向相反,則RI<RIII。

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        在液體擺的應用中也有根據液體位置變化引起應變片的變化,從而引起輸出電信號變化而感知傾角的變化。在實用中除此類型外,還有在電解質溶液中留下一氣泡,當裝置傾斜時氣泡會運動使電容發生變化而感應出傾角的“液體擺”。


        氣體擺式傾角傳感器


        “氣體擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成,當腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時,熱線的阻值發生變化,并且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數,因而也具有擺的效應。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。


        “氣體擺”式慣性器件的敏感機理基于密閉腔體中的能量傳遞,在密閉腔體中有氣體和熱線,熱線是唯一的熱源。當裝置通電時,對氣體加熱。在熱線能量交換中對流是主要形式。

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        對流傳熱的方程為:

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        其中:h—熱量傳遞系數(w/m2×k),s—熱線表面積(m2),TH—熱線溫度(K),TA—氣體溫度(K)。


        熱量傳遞系數h與流體的熱傳導率、動力學粘度、流體速度和熱線直徑有關,表示為:

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        其中:Nu為—努塞爾(Nusselt)數,l—熱傳導率(W/mK),Re—雷諾(Reynold)數,U—流體速度(m2/s),D—熱線的直徑(m),n—流體的動力學粘度。


        當氣流以速度U垂直穿過熱線時,

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        將(4)式代入(3)式得:

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        根據熱平衡方程可得:

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        所以:

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        假設和s為常數,則有:

        一文讀懂傾角傳感器原理及其應用


        從式(7)可以看出,當流體的動力學粘度、密度和熱傳導特性一定時,若熱線周圍流體的速度不同,則流過熱線的電流也不同,從而引起熱線兩端的電壓也產生相應的變化。氣體擺式慣性器件就是根據一原理研制的。


        氣體擺式檢測器件的核心敏感元件為熱線。電流流過熱線,熱線產生熱量,使熱線保持一定的溫度。熱線的溫度高于它周圍氣體的溫度,動能增加,所以氣體向上流動。在平衡狀態時,如圖4(a)所示,熱線處于同一水平面上,上升氣流穿過它們的速度相同,即V1=V1′,這時,氣流對熱線的影響相同,由式(7)可知,流過熱線的電流也相同,電橋平衡。當密閉腔體傾斜時,熱線相對水平面的高度發生了變化,如圖4(b)所示,因為密閉腔體中氣體的流動是連續的,所以熱氣流在向上運動的過程中,依次經過下部和上部的熱線。若忽略氣體上升過程中克服重力的能量損失,則穿過上部熱線的氣流已經與下部熱線的產生熱交換,使穿過兩根熱線時的氣流速度不同,這時V2¢>V2,因此流過兩根熱線的電流也會發生相應的變化,所以電橋失去平衡,輸出一個電信號。傾斜角度不同,輸出的電信號也不同。


        固、液、氣體擺性能比較


        就基于固體擺、液體擺及氣體擺原理研制的傾角傳感器而言,它們各有所長。在重力場中,固體擺的敏感質量是擺錘質量,液體擺的敏感質量是電解液,而氣體擺的敏感質量是氣體。


        氣體是密封腔體內的唯一運動體,它的質量較小,在大沖擊或高過載時產生的慣性力也很小,所以具有較強的抗振動或沖擊能力。但氣體運動控制較為復雜,影響其運動的因素較多,其精度無法達到軍用武器系統的要求。


        固體擺傾角傳感器有明確的擺長和擺心,其機理基本上與加速度傳感器相同。在實用中万森彩票類型較多如電磁擺式,其万森彩票測量范圍、精度及抗過載能力較高,在武器系統中應用也較為廣泛。


        液體擺傾角傳感器介于兩者之間,但系統穩定,在高精度系統中,應用較為廣泛,且國內外万森彩票多為此類。


        在安裝傳感器時,不正確安裝會導致測量角度誤差大。要保證‘兩面’和‘兩線’的正確安裝,安裝時請注意以下幾點: 

        1.‘兩面’指傳感器安裝面與被測物體的安裝面完全緊靠(被測物體的安裝面要盡可能水平),不能有夾角產生 

        2.‘兩線’指傳感器軸線與被測面軸線平行,兩軸線不能有夾角產生 

        3.防爆的必要性:防爆形式分為隔爆型和本安型,長野万森彩票多數為隔爆型。 

        4.是否需要帶指示:根據客戶指示。 

        5. 接點數量:一接點(一個輸出)或兩接點(兩個輸出)。 

        6.設定值和壓力范圍的確定:推薦設定范圍在壓力范圍的30%—65%之間,可設定范圍為壓力范圍的15%—90%之間。 

        7.接斷差的形式:可調式或固定式。 

        8.是否有脈動:如果壓力有脈動或振動,需要帶節流閥用以抑制脈動壓力對儀表的損傷。 

        9.帶隔膜的場合:測定腐蝕性、高黏度或溫度過高時,需要選用帶隔膜。 


        傾角傳感器在安裝的時候是有一定的技巧,一般的傾角傳感器都會有內置零位調整,所以用戶可以根據要求定制零位調整按鈕,從而實現在一定的角度置零的功能。在傾角傳感器的安裝之前,需要確定你的安裝位置和你需要測量什么角度是相對于哪個平面,例如在相對某個平面的角度,安裝時只要將傳感器固定在一定的平面,測量前使用零位按鈕實現清零功能,這樣主要是方便讀取角度,減少不必要的誤差。

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