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基于电感传感器的钢珠直径分选器设计

作者:时间:2011-03-18来源:网络收藏

是采集和获取信息的工具,又称“电五官”。及其技术应用非常广泛,已经渗透到家居、农业、工业、医学、军事、环保、交通等各行各业,对系统的自动化程度和测控质量起着重要的作用。现代工业生产中,常需要测量并判别工件的是否在允许范围之内,需要与一标准进行比较才能得出结论,仅凭人工检测在速度、精度上都不现实,必须借助先进的技术实现自动检测。有效地获取被测信号是关键所在,获取信号的最佳元器件就是,本文选用(Irductance Type Transducer)作为信号拾取源,将被测部件几何尺寸的微小变化转换为线圈的变化实现测量,具有工作可靠、灵敏度高、寿命长、线性好、分辨率高、精度高、性能稳定和重复性好等优点。

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在测量技术中。电感传感器广泛用于加速度、位移、振幅、转速、无损探伤等非电量的测量。在其控制系统中,分类选择器(简称器)是1个微位移检测装置,实现对尺寸的检测与计数,是电感式传感器的典型应用。本测控系统采用博世力士乐传感实验装置,由传感器实验台、直流稳压电源、传感器、直流电机和信号处理电路模块组成。
1.1 基本结构
电感式传感器的激励元件由线圈和铁氧体磁心组成,如图1所示。式(1)为电感式传感器的数学模型。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/162294.htm


式(1)中L为电感量,N为线圈的匝数,μ为气隙导磁率,S为气隙截面积,δ为气隙厚度。
可知,线圈电感量L与气隙厚度δ成反比,与气隙截面积S成正比。假设起始位置的气隙为δo,对应的初始电感为Lo,且S固定不变,当δ有细微变化为△δ时,引起的自感量的变化量dL为(忽略高次项):

1.2 工作原理
电感式传感器是建立在电磁场理论基础上,是利用被测量磁路磁阻变化引起传感器线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量变化来实现非电量测量。
当交流电流过线圈时,线圈产生交变磁场,该磁场通过铁心并指向铁心一侧,即传感器的激励端。当有金属物体或磁性物体接近传感器激励端时会造成磁场变形。使用计算机模拟可获得磁场状态图,如图2所示。从图2可以看出导电材料(如钢板)接近激励端时的磁场效应,变化的磁场导致传感器线圈的阻抗发生变化。


传感器线圈构成变压器初级绕组,金属板构成短路次级绕组,如图3所示。由于电感耦合作用,在次级回路中产生的感应电流i2又反作用于初级回路,从而产生互感系数M12。最终使得线圈本身的阻抗发生变化。通过与理想变压器回路比较,可得出以下结论:


综上所述,当有导电材料接近传感器时,线圈的阻抗Z实值增加,其值等于线圈电阻R1加上R2、L2、M12及ω产生的阻抗。经验表明,阻抗Z的虚值只表明传感器线圈与金属板之间有很小间距时的测量变化。电感式传感器只能利用阻抗Z的实值变化量检测导电材料被测物体。

2 工业应用
2.1 功能分析
对钢珠的标称直径(9.000mm)进行控制,允许公差范围为±3μm,在此范围之内为合格产品,应予保留,超出此范围即为次品,应予剔除,并自动统计合格产品与次品的数量。将拾取信号(误差信号)与对标准信号(9 mm值)对比,如果在±3μm范围内,则合格产品自动计数(C1=Cn1+1),如果超出这个范围,则次品自动计数(C2=Cn2+1),当合格产品数与次品数只和等于产品总数时,自动退出检测系统。电路流程如图4所示。


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