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细微的倾斜角度都能被察觉,倾角传感器的原理是什么?


  来源: 明治传感器 时间:2022-09-20 编辑:清风
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倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计,经常用于系统的水平角度变化测量,是一种非常精确的测量小角度的检测工具,用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度;已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。


基础原理 牛顿第二定律


根据牛顿第二定律基本的物理原理,在一个系统内部,速度是无法测量的,但却可以测量其加速度。如果初速度已知,就可以通过积分计算出线速度,进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。


当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,那么作用在它上面的只有重力加速度;重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。



随着自动化和电子测量技术的发展,倾角传感器的种类也逐渐增多,从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器,接下来小明就来分别先容一下他们的工作原理。


1、固体摆


这是一种在设计中广泛采用力平衡式伺服系统,如图所示,其由摆锤、摆线、支架组成, 摆锤受重力G和摆拉力T的作用,其合外力F =G sinθ=mg sinθ。其中,θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时,可以认为F与θ成线性关系,应变式倾角传感器就基于此原理。



2、液体摆


它的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液,并有三根铂电极和外部相连接,三根电极相互平行且间距相等,如图所示。当壳体水平时,电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时,电极之间会形成离子电流,两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。若液体摆水平时,则RI=RIII。



当玻璃壳体倾斜时,电极间的导电液不相等,三根电极浸入液体的深度也发生变化,但中间电极浸入深度基本保持不变。左边电极浸入深度小,则导电液减少,导电的离子数减少,电阻RI增大,相对极则导电液增加,导电的离子数增加,而使电阻RIII 减少,即RI>RIII。反之,若倾斜方向相反,则RI<RIII。



3、气体摆


“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成,当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时,热线的阻值发生变化,并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数,因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起的。


“气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递,在密闭腔体中有气体和热线,热线是唯一的热源。当装置通电时,对气体加热。在热线能量交换中对流是主要形式。



气体摆式检测器件的核心敏感元件为热线。电流流过热线,热线产生热量,使热线保持一定的温度。热线的温度高于它周围气体的温度,动能增加,所以气体向上流动。在平衡状态时,如左上图所示,热线处于同一水平面上,上升气流穿过它们的速度相同,即V1=V1,这时,气流对热线的影响相同,流过热线的电流也相同,电桥平衡。当密闭腔体倾斜时,热线相对水平面的高度发生了变化。


关键词:倾角传感器 倾斜仪 水平仪    浏览量:4501

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