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TURCK模擬量傳感器基本功能及產(chǎn)品特性
德國(guó)圖爾克TURCK傳感器工作原理
電感式傳感器是建立在電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)上的, 是利用被測(cè)量磁路磁阻變化引起傳感器線(xiàn)圈自感或互感系數(shù)的變化, 從而導(dǎo)致線(xiàn)圈電感量變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。
當(dāng)交流電流過(guò)線(xiàn)圈時(shí), 線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng), 該磁場(chǎng)通過(guò)鐵心并指向鐵心一側(cè), 即傳感器的激勵(lì)端。當(dāng)有金屬物體或磁性物體接近傳感器激勵(lì)端時(shí)會(huì)造成磁場(chǎng)變形。使用計(jì)算機(jī)模擬可獲得磁場(chǎng)狀態(tài)圖( 見(jiàn)圖2) 。從圖2 可以看出, 導(dǎo)電材料( 如鋼板) 接近激勵(lì)端時(shí)的磁場(chǎng)效應(yīng), 變化的磁場(chǎng)導(dǎo)致傳感器線(xiàn)圈的阻抗發(fā)生變化。集成在傳感器中的電路測(cè)出線(xiàn)圈阻抗的變化, 并轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出, 圖3 示出其檢測(cè)流程圖。
TURCK新型的電感式傳感器裝置進(jìn)行了研究, 著重介紹了該傳感器的工作原理及基本結(jié)構(gòu)、孔徑識(shí)別系統(tǒng)的框圖設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析和工業(yè)應(yīng)用。利用電感式傳感器的輸出模擬量電流值與金屬被測(cè)物體之間的距離關(guān)系, 構(gòu)建新穎的檢測(cè)系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備上安裝不同直徑螺孔的識(shí)別。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置驗(yàn)證, 結(jié)果與理論測(cè)量值相一致。該檢測(cè)系統(tǒng)新穎、實(shí)用、可靠, 價(jià)格低廉, 穩(wěn)定系數(shù)高, 具有較高的精度和測(cè)量范圍, 應(yīng)用價(jià)值良好。
現(xiàn)代工業(yè)中螺絲作為zui主要的緊固件之一, 需求量很大, 對(duì)于不同的孔徑, 螺釘與螺帽的匹配問(wèn)題尤為關(guān)鍵, 精密設(shè)備中微小差異都可能帶來(lái)傳動(dòng)、電動(dòng)裝置的系統(tǒng)問(wèn)題, 因此鉆削和攻絲技術(shù)的發(fā)展已被迅速地提上議事日程。
zui早的螺紋孔檢測(cè)是通過(guò)人工完成的, 即操作者將螺栓或量計(jì)旋入孔內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。然而, 人工方法因勞動(dòng)強(qiáng)度大, 成本高等問(wèn)題逐漸被自動(dòng)化檢測(cè)法所代替。在此研究的一款即是利用先進(jìn)傳感器而實(shí)現(xiàn)的對(duì)金屬螺孔的細(xì)微檢測(cè)。
1 電感式傳感器的基本概念
1. 1 基本結(jié)構(gòu)及靈敏度
電感式傳感器的激勵(lì)元件由線(xiàn)圈和鐵氧體磁心組成( 見(jiàn)圖1) 。式( 1) 為電感式傳感器的數(shù)學(xué)模型。
式中: L 為電感量; N 為線(xiàn)圈的匝數(shù); L 為氣隙導(dǎo)磁率;S 為氣隙截面積; D為氣隙厚度。
圖1 電感式傳感器的基本組成
由式( 1) 可知, 線(xiàn)圈電感量L 與氣隙厚度D成反比,與氣隙截面積S 成正比。假設(shè)起始位置的氣隙為D0 , 對(duì)應(yīng)的初始電感為L(zhǎng)0 , 且S 固定不變, 當(dāng)D有細(xì)微變化為$D時(shí), 引起自感量的變化量dL 為( 忽略高次項(xiàng)) :
TURCK模擬量傳感器基本功能及產(chǎn)品特性
模擬量式電感傳感器能夠提供一個(gè)與物體位移成比例的電流或電壓信號(hào), 通過(guò)不同的測(cè)量電流或電壓測(cè)量值, 可以估算出圓孔直徑的大小。實(shí)際測(cè)量中, 側(cè)向精度與圓孔的直徑大小及材料有關(guān), 如果圓孔的直徑越小, 模擬量式電感傳感器輸出的衰減越大, 檢測(cè)螺紋孔徑的微小差距就相對(duì)比較。當(dāng)然, 對(duì)于圓孔材料,鋁材料的換算系數(shù)為0. 42, 而鋼換算系數(shù)為0. 72,鋁材料的換算系數(shù)相對(duì)較小, 因此使用高換算系數(shù)的材料會(huì)提高本款測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度, 以便完成可靠的檢測(cè)和控制任務(wù)。
螺紋孔徑檢測(cè)應(yīng)用案例
圖6 中以帶3 個(gè)安裝螺孔的鋁板( 80 mm @80 mm) 用作被測(cè)工件, 將鋁板安裝在非旋轉(zhuǎn)試件托架上, 并與支架導(dǎo)軌平行。高度補(bǔ)償器在距離導(dǎo)軌4 mm處, 與導(dǎo)軌平行安裝。電感器模擬量輸出傳感器安裝在高度補(bǔ)償器上。由于之前已確定模擬量式電感傳感器的線(xiàn)性測(cè)定范圍, 所以此時(shí)的電流表不在接于超聲波傳感器之上, 而接在電感式傳感器上。
將6 mm 圓孔對(duì)準(zhǔn)傳感器中心, 同時(shí)將相鄰的12 mm圓孔置于傳感器的檢測(cè)范圍之外( 此要求也同樣適用于企業(yè)檢測(cè)時(shí)傳送帶上金屬材料之間的距離) 。依次將12 mm 與15 mm 的圓孔移動(dòng)傳感器激勵(lì)端的中心位置處, 并確保相鄰的圓孔不會(huì)被檢測(cè)到。記錄測(cè)量電流值如表1 所示。
5 數(shù)據(jù)分析與處理
所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)擬合, 如圖7 所示。
由圖7 可見(jiàn), 對(duì)于該款電感式模擬量輸出傳感器,在3 mm 到10 mm 范圍之間, 電流從0 mA 變化到25 mA, 且距離與電流成線(xiàn)性關(guān)系; 超出此范圍之外, 距離與電流成非線(xiàn)性關(guān)系, 在此范圍( 3~ 10 mm) 內(nèi), 電感式模擬量輸出傳感器不會(huì)產(chǎn)生遲滯。因此, 電感式模擬量輸出傳感器適用于對(duì)材料的距離進(jìn)行測(cè)量。
TURCK模擬量傳感器基本功能及產(chǎn)品特性