電遠(yuǎn)傳壓力表式傳感器的工作原理

電遠(yuǎn)傳壓力表生產(chǎn)歷史較久，它是在普通彈性元件構(gòu)成的壓力表內(nèi)附加電遠(yuǎn)傳部件，使之除就地指示壓力之外.兼有信號遠(yuǎn)傳的功能。甚至將指針標(biāo)度尺去掉。以電遠(yuǎn)傳為**用途，實(shí)質(zhì)上已成為純悴的壓力傳感器.這類傳感器的敏感元件和彈性變形式壓力表完全一樣，此處只需介紹其電遠(yuǎn)傳原理和特性。

(1)電位器式

在彈簧管壓力表內(nèi)安裝小型滑線電位器.其滑點(diǎn)由彈簧管自由端帶動。如只利雨電位器的滑點(diǎn)和電阻的任意一端，就成為以可變阻值輸出的壓力傳感器，與任何一種測電阻的儀表相連便可側(cè)傲壓力。如將電位器的電阻兩端和滑點(diǎn)用三根導(dǎo)線引出.井在電阻兩端接穩(wěn)定的直流電壓，則滑點(diǎn)和電阻的任意一端之間的電壓將取決于滑點(diǎn)位置，也就是取決于被測壓力.這樣便可與測直流電壓的儀表相連而反映壓力值。

這種電遠(yuǎn)傳方法比較簡單.其有很好的線性。如果采用斷面尺寸不均勻的骨架繞制電位器.就能設(shè)計(jì)成有某種非線性的電位器，借此可將彈性元件或傳動機(jī)構(gòu)的非線性抵消，使整個傳感器具有線性特性。

電位器式電遠(yuǎn)傳的*大缺點(diǎn)是有滑動觸點(diǎn)，為減少彈性元件的變形阻力.以免引起過大的滯環(huán)及變差.就希望滑點(diǎn)和電阻絲的接觸壓力盡量小，但接觸壓力小就難以保證良好地導(dǎo)電.尤其是電阻表面權(quán)化或污染時，滑點(diǎn)接觸不可靠。此外，彈性元件的變形位移或轉(zhuǎn)角一般不大，但希望電阻或電壓的變化有較好的連續(xù)性，不要出現(xiàn)明顯的階梯狀特性，這就必須用*細(xì)的電阻絲繞制電位器。電阻絲太細(xì)勢必不耐磨損，特別是壓力頗鐵波動時，往往局部磨損嚴(yán)重.改變了原有的阻值均勻性，甚至出現(xiàn)磨斷電阻絲的現(xiàn)象。

為了改進(jìn)上述缺點(diǎn)，出現(xiàn)了導(dǎo)電塑料電位器及無觸點(diǎn)電位器，用這類新材料或器件代替滑線電位器固然可以提高可靠性，但成本也有所增加。

電位器式壓力傳感器的原理.見圖3.4.1之(a)。

(2)電感式

電感式電遠(yuǎn)傳可以避免滑動觸點(diǎn)，它利用彈性元件的變形帶動銜鐵.改變鐵心線圈的氣隙，從而改變線圈的電感.在交流電路里.感抗可以很容易地變換成電壓.如需要輸出直流信號.可加整流濾波電路.電感式壓力傳感器的原理，見圖3.4.1之(b)。

這種傳感器必須用交流電源.為了減小鐵心線圈的尺寸，提高傳感器的靈敏度。井且遙免工業(yè)頻率的干擾，*好采用稍高的頗率.例如400Hz。但是這會使電路的成本和復(fù)雜性增加.此外要注意鐵心的材質(zhì)選擇.避免渦流掇耗。

電感式傳感器必須有良好的磁屏蔽，它本身既要防止外界干擾，也應(yīng)防止對外的干擾作用。

鐵心線圈的氣隙變化和感抗之間有非線性關(guān)系。尤其道得注意的是.電流通過線圈時產(chǎn)生的磁效應(yīng)會對街鐵有吸引力，這就形成了作用于彈性元件的外力.此力與氣隙大小有關(guān)，必須在校驗(yàn)或標(biāo)定中消除.否則誤差很大。

正因?yàn)樯鲜龈郊游κ怯绊懢_度的主要因素，所以電感式傳感器只適合于較高壓力的測量。離壓力用的彈性元件剛度系數(shù)大.附加吸力所起的作用相對而言較小。

(3)差壓變壓器式

差動變壓器是專門為位移測量用的傳感器.在可移動的鐵心周圍有三組線圈。其中一個是變壓器的原邊.供交流電。另外兩個匝數(shù)相等的線圈.按同名端*性反向串聯(lián)而成為副邊。當(dāng)鐵心處于中央位登時.兩組副邊上的感應(yīng)電勢大小相等，因?yàn)榉聪虼?lián)而使愉出為零。鐵心偏離中央位置后.副邊將出現(xiàn)交流電壓.偏離越遠(yuǎn)，輸出交流電壓越高。鐵心位移的方向不同，輸出交流的相位相反。其原理示意如圖3.4.1之(c)。

在被側(cè)玉力為零時.使鐵心位于線圈的中央，壓力增大后輸出交流電壓隨之升高。

差動變壓器在規(guī)定的鐵心位移范圍內(nèi)有較好的線性.但當(dāng)鐵心處于中央位置時，輸出井不為零.有一定的殘余電壓，必要時可設(shè)計(jì)專用線路以補(bǔ)償之。

頻率對差動變壓器的工作不像對電感線圈那祥明顯.影響輸出的主要是原邊電壓和副邊匝數(shù)。它比前述電感法優(yōu)越之處在于線性好、能從零起始(補(bǔ)償殘余電壓之后)、附加力小、位移范圍也較大。

差動變壓器廣泛用于位移側(cè)量，其特性和零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償方法，還將在*7章7.3節(jié)中分析。

(4)霍爾元件式

半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)己在小位移測量中得到實(shí)際應(yīng)用，圖3.4.1之(d)即為壓力電遠(yuǎn)傳的方法之一。

在彈性元件的自由端安裝半導(dǎo)體霍爾元件，并使霍爾元件的兩端處于永久磁鐵的磁*間隙中，而且兩端的磁場方向相反.倘若壓力為零時處于方向相反的兩對磁*間隙中的面積相等.即使在霍爾元件上通以電流，也不會產(chǎn)生霍爾效應(yīng).但壓力升高以后.兩面積不等.在與電流方向垂直并且也垂直于磁場的方向上就會有電勢出現(xiàn).電流和磁感強(qiáng)度皆為常數(shù)時.壓力越大，兩面積之差越大.輸出電勢也越高.這就是霍爾效應(yīng)。

雷爾效應(yīng)可用來側(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流、位移，甚至可以構(gòu)成運(yùn)算器。

用樁爾元件構(gòu)成的電遠(yuǎn)傳壓力表或壓力傳感器.可與任何測直流電壓的儀表相配.我國有這種指示儀表，其刻度以壓力為單位。