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    了解位移傳感器的應用場景

    2018-06-06

      現在位移傳感器種類繁多,近年來應用領域不斷擴大,越來越多的創新技術被運用到傳感器中, 我們通過幾種在工業生產中的典型應用,來更多地了解各種不同的位移傳感器。
      位移傳感器在盾構機中的應用
      在隧道施工設備中,不同形式的盾構機,其主機的結構特點和配套設施也不相同。在一些復雜的盾構機上, 盾構機的功能是系統和多樣化的。包括:機械、液壓、測量和控制等多種功能。例如,在一些復合式盾構機上,就包括有開挖系統、主驅動系統、推進系統、注漿系統、液壓系統等多種功能。
      作為一種線性傳感器,位移傳感器主要用來測量線性位置上的機械位移, 在盾構機推進系統的每組油缸,都配備有位移傳感器,用于測量油缸推進時的位移數據。
      盾構機推進系統油缸的分組通常如下圖所示分區,頂部(A組)、右部(B組)、底部(C組)、左部(D組)。其中每組油缸都單獨安裝有位移傳感器。
      在推進時,推進油缸伸出,撐靴作用到管片上提供盾構機前進的反力。油缸的壓力可以獨立調節,通過查看位移傳感器監測到的每組油缸的推進數據,施工人員在控制室內可以實時監控每組油缸的行程和壓力。 通過調整每組油缸的推進壓力和速度,可實現盾構機的糾偏和調向。
      靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統中的應用
      電梯是現代建筑內關系到人民生命財產安全的重要交通工具,是樓層用以固定提升的成套設備, 它由提升曳引系統、引導系統、安全裝置和電控系統組成。如何提高電梯的運行效率、降低電梯能耗以及減少機械磨損、延長電梯的使用壽命,都是非常重要的研究課題。
      目前電梯的控制普遍采用了兩種方式,一是采用微機作為信號控制單元, 實現電梯的自動調度和集選運行功能,拖動控制則由變頻器來完成;第二種控制方式用可編程控制器(PLC)取代微機實現信號集選控制。
      靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統中的作用是電梯平層控制的調整,電控系統是電梯的“中樞神經”, 為了使電梯具有較高的運行效率,加減速度應該有一個合適的限度,而且變化要平穩,需要有一個設計合理的電控系統。
      靜磁柵位移傳感器由“靜磁柵源”和“靜磁柵尺”兩部分結合使用。“靜磁柵源”使用鋁合金壓封無源釹鐵硼磁柵組成磁柵編碼陣列;“靜磁柵尺”用內藏嵌入式微處理器系統的特制高強度鋁合金管材封裝,使用開關型霍爾傳感器件組成霍爾編碼陣列,鋁合金管材外部使用防氧化鍍塑處理。“靜磁柵源”沿“靜磁柵尺”軸線作無接觸(相對間隙寬容度和相對姿態寬容度達50mm)相對運動時,由“靜磁柵尺”解析出數字化位移信息,直接產生高于毫米數量級的位移量數字信號。充分發掘嵌入式微處理器的資源,將數據更新速度提高到毫秒數量級,以便能適應5m/S以下運動速度的位移響應。
      電梯平層自動控制系統的控制部分是靜磁柵位移傳感器,安裝圖如下圖所示。
      靜磁柵源安裝于電梯井道和室外層平行,每層一個,靜磁柵尺安裝于轎廂上,長度為1.2米,地下層安裝兩個靜磁柵源,用于檢測轎廂是否到底位和運動方向。
      由于電梯的運行是根據樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制,而樓層和轎廂的呼叫是隨機的,因此,系統控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實現電梯的基本控制要求的基礎上,根據隨機的輸入信號,以及電梯的相應狀態適時的控制電梯的運行。另外,轎廂的位置是由靜磁柵位移傳感器確定,并送 PLC的計數器來進行控制。同時,每層樓設置一個靜磁柵源用于檢測系統的樓層信號。
      采用靜磁柵位移傳感器實現電梯平層控制??蓪崿F電梯控制的智能化,電梯運行舒適感好,啟動、減速、平層的舒適感不因轎廂負載的變化而變化。
      LVDT線性位移傳感器保障燃氣輪機高效運行
      燃氣輪機包含各種控制閥, 如調節氣流或阻止氣流等。 這種對來自控制閥的氣流進行的精確監測和控制使燃氣輪機得以高效運行,同時能夠最大限度減少能源浪費。制動器會移動控制閥,而反饋器件則將閥門位置信息傳回燃氣輪機控制系統,指明閥門的開合狀態和開合程度。
      雖然也考慮過使用其他技術作為反饋器件,但發電行業已標準化 LVDT 線性位移技術。LVDT 位移傳感器是一個只包含幾個線圈和一個亞鐵芯線的簡單器件,可以承受高強度的沖擊和振動,即使在極臟時運行也能符合規格。激光遇到灰塵和污垢就無法發揮作用,而電容和渦電流傳感器又無法測量長沖程。電位器、磁阻位移傳感器和拉繩式位移傳感器無法很好地滿足溫度、振動和本質安全要求。
      LVDT位移傳感器組成是一個只包含幾個線圈和一個亞鐵芯線的簡單器件,可以承受高強度的沖擊和振動,即使在極臟時運行也能符合規格。
      LVDT 線性位移傳感器可以測量各種大小的移動,小到百萬分之一英寸,這對將某些閥門移動的測量精確到微小級別至關重要。 例如,由于排放閥是調節閥,因而必須打開到特定程度,具體取決于發電量。通過確認閥門已開合到適當程度,工廠能夠提高運行效率,從而達到節約燃料的目的。
      LVDT 線性位移傳感器如今可使用合金和鈦等現代材料包裝,以應對燃氣輪機常有的極端溫度和極不穩定的環境。鈷和鎳等特殊合金可使 LVDT 具有更高的性能。
      由于燃氣輪機中存在氣體蒸汽,因而安裝在燃氣輪機上的 LVDT 必須符合本安參數,而且必須獲得美國安全檢測實驗室公司 (UL)、FM、CSA 和 ATEX 等認證機構的認可。即使傳感器設計為在危險條件下使用,認證也能讓最終用戶放心,讓他們知道傳感器已獲準在燃氣輪機的諸多危險環境中使用。
      在使用傳感器監測燃氣輪機正常運行狀況或調節閥門的環境中,溫度可以達到 +250°C 。這些傳感器能夠將位于燃氣輪機控制系統上的 LVDT 電子設備與 LVDT 線圈分隔開來。
      傳統 LVDT 線性位移傳感器的沖程一度對空間受限的應用而言過長。得益于新的計算機化繞組技術和更小的嵌入式微處理器,線性位移傳感器的本體長度相較其可測量的沖程長度而言,已大幅縮短。如今的現代化 LVDT 外形尺寸減小了多達 80%,適用于任何給定的沖程 ,LVDT 位移傳感器可實現較高的準確度和耐用性。
      LVDT 線性位移傳感器性能可靠、可重復使用、準確度高,而且成本較低,無論是在燃氣輪機運行還是在工廠改造項目中皆能發揮重要作用,最大限度提高效率。
      位移傳感器在定量灌裝機中的高精度控制
      旋轉式自動定量灌裝機是目前飲料、酒類生產廠家大量購置的先進生產設備。采用邊定量邊灌裝的形式:就是每一個電氣聯控的灌裝閥都配有一個量筒,由液位傳感器(浮子式)控制其定量補液和灌裝,液體先由料缸轉移到量筒,然后再灌注到包裝容器。
      這是一種動態計量定量形式,如何實現在設備高速運轉的同時精確計量并控制是一個很大的挑戰。
      動態計量關鍵技術難點是量筒內液位的精確檢測,磁致伸縮位移傳感器以其可靠性、高分辨率、微小的溫漂值和豐富的接口信號完美地契合了精確定量灌裝的技術要求,成為主流旋轉式自動定量灌裝機廠家的產品中標配組件。
      磁致伸縮傳感器的高精度檢測位移值通過匹配的信號接口傳送到自動化控制系統參與控制,已經成熟的解決方案通常會采用模擬量信號、SSI串行同步信號和CANOpen總線信號三者之一構建系統。
      位移傳感器在娛樂動感器械中的應用
      在仿真動作的娛樂動感舞臺上,對位移傳感器的需求也非常的多。目前,在很多城市的大型娛樂場所,從只能容納2至3人的小型機動飛船,到幾十甚至上百人的大型動感影院,到處可見。尤其是在大型的主題公園如全球的迪士尼世界、大型影城等場所。為達到機械裝置安全性和穩定性的要求,這些系統基本上都是以液壓推動。它們就普遍采用一些帶位移傳感器的長行程液壓缸,隨著編定好的程序作出多種不同類型和方向的動作,隨著觀眾的身體移動,讓他們體會到身臨其境的真實感。
      位移傳感器通常被安裝于在長行程的液壓缸上,主要是為了實現活塞桿的精確位移,這樣才能確保在對活塞的位置測量的基礎上,而實現遠程控制。
      這種情況下,對于位移傳感器的要求是能提供一個長行程,長達10米或以上的連續不斷的位置測量,輸出既穩定可靠,外殼又能承受戶外的惡劣條件。需要注意的是,在戶外安裝使用時,需要對位移傳感器和電纜加上適當的保護措施,以防范下雨、臺風和打雷等。
      性能較高的一些位移傳感器,比起一些光學編碼器要好的多,它不用定期重標和維護,也不需要配備冗余的傳感器裝置。同時,位移傳感器工作壽命長,就算不幸發生故障或受到破壞,現場更換敏感元件也十分方便。
      直線位移傳感器在注塑機上的應用
      對精密注塑機來說,位移控制是最為重要的一部分,它直接影響塑料制品的質量,而由其表征的速度也關系著制品的內在品質和生產效率。
      在射膠時,用于控制射膠螺桿的位移來控制熔融物料的用量,以保證精密注塑計量準確;準確控制開鎖模也是精密注塑的必要條件,若位置不夠準確,則可能產生不完全合模,不能完成注塑。此外, 要嚴格控制注塑速度,滿足密度均勻。 因此,有效控制注射位置及其表征的速度對于精密注塑來說是非常重要的。
      在這個循環工程中,鎖合模、注射臺移動、注塑和頂出制品這幾個工位是需要精確控制的。  早先的應用中,電位計尺被大量的用於注塑機上,但是由於這種產品無論是在精度、可靠性、行程和壽命都遠遠不及磁致伸縮位移傳感器,因為是接觸式的,碳刷經過長時間重復使用難免磨損,最終導致失效。而磁致伸縮位移傳感器精度可以滿足要求,但是抗振動能力較差,幷且在安裝上兩端盲區較大,不適於在空間有限的工位上使用。
      因此,現在的位置控制系統從技術上來說,非接觸、無磨損、堅固耐用、安裝方便、外型緊湊、可連接現場總線的位移傳感器便是不能缺少的。
      電感式直線位移傳感器采用新的檢測原理,不但繼承了磁致伸縮直線位移傳感器的眾多優勢,而且在抗磁場干擾、抗振動性、外型緊湊程度上都有更好表現。由於采用信號采集和處理分兩個電路板的設計,使傳感器輸出類型的靈活性大大提高,只需換不同的信號處理電路板就能改變傳感器輸出類型,這使產品成本降低。目前產品的輸出類型包括模擬量電流/電壓型輸出,SSI高分辨率輸出,IO-link型輸出,以及可以訂制總線輸出類型,如Profibus總線、DeviceNet總線、CANopen總線等。
      位移傳感器在激光切割中的使用
      激光切割頭在工件形狀發生變化,以及表面出現凹凸不平的障礙時,位移傳感器可以自動檢測到變化,并根據變化自動調節高度,使其始終與工件表面的距離保持一致。這樣可以提高加工速度,而不必持續監督。當今國內外采用的位移傳感器基本上是電容式,其結構和形狀與加工頭相適應,同時配有檢測信號處理單元。
      激光頭用位移式電容傳感器與噴嘴體復合,傳感器由內外兩個不同金屬錐形殼套在一起組成。內外殼層中間為陶瓷絕緣介質,外殼層選擇接地且與內層絕緣,傳感器工作時起屏蔽作用。錐形尖端一側內殼層下部連接一環形金屬片與外層絕緣,此環形金屬片于金屬工件即構成一個電容傳感器的兩個極板。從內殼層中引出一通道于信號采集系統相連接傳感器工作時依次通過此通道,金屬內殼層使發射極板(環形金屬片)帶電,整個探頭上端于激光加工機連接,工作時激光束通過內層金屬殼穿出。
      在激光切割過程中,帶有位移傳感器的噴嘴控制著到工件的距離間隙一直,保證了工件的切割質量。
      位移傳感器在道路運輸超載檢測中的應用
      對車輛超載現象的查處,采取的具體措施是,在公路的收費口處設置車輛超載檢測裝置?,F有的裝置是稱重裝置,用來測試車輛的載荷是否超重,但司機在交費時車輛往往不能準確停在稱重裝置的受力重心上,這樣稱出來的車輛載荷往往不準確。
      基于光電位移傳感器的車輛超載檢測裝置是從源頭上檢測超載及報警的裝置。它能通過檢測車架與車橋的距離判斷車輛的載荷情況。
      這套裝置的系統包括:安裝于車架上的至少一個位移傳感器、車輛控制器、報警電路和電磁波發射模塊。其中,位移傳感器檢測車架與車橋的距離;車輛控制器,則負責接收位移傳感器的信號,并對其進行處理和輸出控制信號;電磁波發射模塊可以發射電磁波信號等。
      現今各種位移傳感器都在向著高速度、高精度、多功能、多參數、小尺寸的方向發展,已被各軍事、工業、農業市場所接受,廣泛應用于機械、電力、發電廠、航空航天、冶金、煤炭、石油、鐵路、交通、輕工、紡織、建材、水利等行業的工礦企業、科研院所、大專院校、軍工單位產品開發與應用的自動測量與自動控制。

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