歐洲磁致伸縮位移傳感器替代

研制編輯

磁致伸縮位移傳感是利用磁致伸縮效應研制的傳感器。

該傳感器可以實現非接觸、***式測量，具有高精度、大量程的特點，特別是由于磁鐵和傳感器并無直接接觸，因此傳感器可應用在惡劣的工業環境，如易燃、易爆、易揮發、有腐蝕的場合。此外，傳感器能承受高溫高壓和高振蕩的環境。傳感器輸出信號為***數值，所以即使電源中斷重接也不會對數據收構成問題，更無尖重新調整零位。由于傳感器組件都是非接觸的，所以即使測量過程理不斷重復的，也不會對傳感器造成任何磨損。

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磁致伸縮位移傳感器

由于G和ρ均為恒定（對于一定的波導管來說）的，所以傳播速度也恒定。經過計算該旋轉波沿著波導鋼絲以2 800 m/s的速度向兩邊傳播。當它傳到波導鋼絲一端的波檢測器時被轉換成電信號ua·通過測量磁致旋轉波從位置磁鐵傳到波檢測器的時間tL就能確定位置磁鐵和波檢測器之間的距離。這樣，當部件A和B產生相對運動，通過磁致旋轉波位移傳感器就可以確定部件A的位置和速度。

在波導鋼絲的另一端，磁致旋轉波將通過減波元件被較大削弱，以避免反射的波形對測量精度造成影響。波反射器是用于改善電信號ua的波形和加強電信號的大小。

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磁致伸縮位移傳感器材料主要有三大類：

即：磁致伸縮的金屬與合金和鐵氧體磁致伸縮材料。這兩種稱為傳統磁致伸縮材料。它們并沒有得到普遍的應用：后來人們發現了電致伸縮材料，其電致伸縮系數比金屬與合金的大約200~400ppm，它很快得到普遍的應用；第三大類是發展的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，稱為稀土超磁致伸縮材料。它是可提高一個國家競爭力的材料，是21世紀戰略性功能材料。

磁致伸縮位移傳感器適用于高溫、高壓和強振蕩等極其惡劣的工況，其***式輸出很好地解決了斷電歸零問題，由于敏感元件都是非接觸式、無磨損運行，平均無故障時間長達23年。

磁致伸縮位移傳感器重復性

傳感器在正行程和反行程測量各測2次的數據，其中還計算了重復性偏差。根據式（2）可計算出0～80mm滿量程的重復性誤差指標el=±0.287%.。

（4）傳感器其他靜態特性

①傳感器的分辨力

經過測試系統測試，移動螺旋測微器±0.056mm，傳感器LCD顯示值改變±0.056mm。

②穩定性

在測試時，將傳感器設定在一固定點，然后分別在4h讀取數據1次，測得值分別為31.62 mm, 31.56 mm, 31.56nm, 31.62mm。穩定性誤差為0.06mm。傳感器通、斷電幾次后在此位置讀數，仍舊為31.62，驗證了磁致伸縮傳感器不受掉電影響。

溫度穩定性是指傳感器在外界溫度變化下輸出量發生的變化。測量傳感器溫度穩定性時，分別在房間溫度為15℃和室外溫度為1℃測量，讀數變化為0.06 m，即溫度穩定性誤差為0.06 mm。

③測試系統靈敏度

移動螺旋測微器0.05mm，測到傳感器LCD屏上變化0.056mm，此測試系統的靈敏度為1.12。

綜上，經過實驗測得傳感器的靜態特性，可知傳感器的線性度為0.387%，遲滯誤差為0.256%，重復性誤差為±0.287%,分辨力為0.056mm。磁致伸縮位移傳感器的自身精度很高，理論可以達到μm級，實際分辨力只有0.056mm。

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伸縮現象編輯

大家都知道物質有熱脹冷縮。除了加熱外，磁場和電場也會導致物體尺寸的伸長和縮短。鐵磁性物質在外磁場的作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復原來的長度，這種現象稱為磁致伸縮現象（或效應）。此現象的機理是：鐵磁或亞鐵磁材料在居里點以下發生自發磁化，形成磁疇。

在每個磁疇內。晶格都沿磁化強度方向發生形變。當施加外磁場時，材料內部隨即取向的磁疇發生旋轉，是各磁疇的磁化方向趨于一致，物體對外顯示的宏觀效應即沿磁場方向伸長或縮短。

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磁致伸縮位移傳感器線性度

測量：在傳感器測量整個0～80mm范圍內，旋動螺旋測微器分別每隔5mm記一組數據，位置磁鐵相應移動，連續取測量數據20組，如圖3。

線性度的指標公式為

式中：el為非線性誤差（線性度）；△max為比較大非線性***誤差；YFS為輸出滿量程。

從圖3可知，采用**小二乘法擬合直線的斜率為0.992，直線方程為Y = 0.15784+0. 992X，因此在0~80 mm范圍內的線性度為0.387%。

磁致伸縮位移傳感器遲滯

將螺旋測微器在傳感器的正反兩個方向量程內來回移動，測量范圍為0～80mm，測到的數據如圖4。其中有正向測量和反向測量數值（每隔5mm測量1次），以及正反方向測量的差值△H。

由遲滯誤差公式

式中△Hmax為正反行程輸出比較大差值。

從圖4知，△Hmax=0.41，而rH=0.256%。

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