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P+F傾角傳感器的工作原理
點(diǎn)擊次數(shù)：1381 發(fā)布時(shí)間：2015-8-3
倍加福P+F傾角傳感器提供運(yùn)動(dòng)控制或關(guān)鍵傾斜限位檢測(cè)的角度反饋。應(yīng)用包括汽車車身的實(shí)時(shí)噴涂系統(tǒng)，或工程機(jī)械上的傾斜角監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。倍加福傾角傳感器 經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測(cè)量，從工作原理上可分為“固體擺"式、“液體擺"式、“氣體擺"三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來(lái)測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化量。 下面就它們的工作原理進(jìn)行介紹。
1、“固體擺"式慣性器件
固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng)，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為：
其中，θ為擺線與垂直方向的夾角。在小角度范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，可以認(rèn)為F與θ成線性關(guān)系。如應(yīng)變式傾角傳感器就基于此原理。
2、“液體擺"式慣性器件
液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)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。當(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)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(shí)，電極之間會(huì)形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻RI和RIII。若液體擺水平時(shí)，則RI＝RIII。當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，電極間的導(dǎo)電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。如圖3所示，左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液減少，導(dǎo)電的離子數(shù)減少，電阻RI增大，相對(duì)極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻RIII 減少，即RI＞RIII。反之，若傾斜方向相反，則RI＜RIII。
在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液體位置變化引起應(yīng)變片的變化，倍加福P+F傾角傳感器從而引起輸出電信號(hào)變化而感知傾角的變化。在實(shí)用中除此類型外，還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡，當(dāng)裝置傾斜時(shí)氣泡會(huì)運(yùn)動(dòng)使電容發(fā)生變化而感應(yīng)出傾角的“液體擺"。
3、“氣體擺"式慣性器件
氣體在受熱時(shí)受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上，因此也具有擺的特性?！皻怏w擺"式慣性元件由密閉腔體、氣體和組成。當(dāng)腔體所在平面相對(duì)水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時(shí)，的阻值發(fā)生變化，并且阻值的變化是角度q或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的效應(yīng)。其中阻值的變化是氣體與之間的能量交換引起的。
“氣體擺"式慣性器件的敏感機(jī)理基于密閉腔體中的能量傳遞，在密閉腔體中有氣體和，是*的熱源。當(dāng)裝置通電時(shí)，對(duì)氣體加熱。在能量交換中對(duì)流是主要形式。
當(dāng)流體的動(dòng)力學(xué)粘度、密度和熱傳導(dǎo)特性一定時(shí)，倍加福P+F傾角傳感器若周圍流體的速度不同，則流過(guò)的電流也不同，從而引起兩端的電壓也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。氣體擺式慣性器件就是根據(jù)一原理研制的。
氣體擺式檢測(cè)器件的核心敏感元件為。電流流過(guò)，產(chǎn)生熱量，使保持一定的溫度。的溫度高于它周圍氣體的溫度，動(dòng)能增加，所以氣體向上流動(dòng)。在平衡狀態(tài)時(shí)，處于同一水平面上，上升氣流穿過(guò)它們的速度相同，即V1＝V1′，這時(shí)，氣流對(duì)的影響相同，流過(guò)的電流也相同，電橋平衡。當(dāng)密閉腔體傾斜時(shí)，相對(duì)水平面的高度發(fā)生了變化，如圖4(b)所示，因?yàn)槊荛]腔體中氣體的流動(dòng)是連續(xù)的，所以熱氣流在向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，依次經(jīng)過(guò)下部和上部的。若忽略氣體上升過(guò)程中克服重力的能量損失，則穿過(guò)上部的氣流已經(jīng)與下部的產(chǎn)生熱交換，使穿過(guò)兩根時(shí)的氣流速度不同，這時(shí)V2＞V2，因此倍加福P+F傾角傳感器流過(guò)兩根的電流也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，所以電橋失去平衡，輸出一個(gè)電信號(hào)。傾斜角度不同，輸出的電信號(hào)也不同。