CN108871650B - 一种用于气电传感器的t形管式结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于气电传感器的T形管式结构，属于传感器技术领域，包括过滤稳压器、管路、连杆和差动变压器，管路的一端设置有进气喷嘴，另一端设置有测量喷嘴，进气喷嘴、测量喷嘴和管路组成气电传感器的背压式测量系统，管路的上端设置有T形管，T形管通过连杆和差动变压器连接，差动变压器连接差动相敏检波电路；本发明通过T形管进行气压检测，利用差动变压器为基础的输出电路，将被测工件尺寸转换成气压变化进一步转换成电信号，提高了气电传感器的灵敏度和测量精度，增大了传感器的线性工作范围，补偿零点残余电压。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种用于气电传感器的T形管式结构。
背景技术
在现有的波登管式压力表大多数是机械指针式，为人工读数，误差比较大，测量精度不高，少部分的波登管已设计为带数字显示的波登管式压力表，能够减少人为读数带来的误差，但是所选用的波登管形状多为不对称形，密封端处于自由状态，长期使用会使波登管发生形变，进而导致测量不准确，测量精度下降。随着科技的发展，人们对测量精度的要求也越来越高，目前，许多国家把精密测量技术作为用来衡量各国科技发展水平和国家工业化程度的重要标志。人们也越来越重视精密测量技术的研究和发展，大多数发达国家把精密测量技术作为提高工业发展水平的关键技术，为了研究出更高精度的仪器与相关产品都纷纷投入了大量的资金和人力，并且精密测量技术得到了巨大的发展。
根据相关文献研究可知，1969年至2000年，国内外相关学者对气动式传感器进行了一系列的理论研究和实验。为了弄清楚气动式传感器的传感特性，外国学者Akagawa、Maki、 Wiedmann 、Kokoshima等人对反射式气动传感器的环形射流喷射到挡板时的状况进行了相关研究，并得到了传感器的传感特性。国内在气动测量方面的研究并不多，可供参考的文献也比较少，而且主要涉及背压式和浮标式气动传感器，多用于测量范围小、精度高的领域，但应用的领域却很广。随着我国机械工业的发展，气动测量在精密测量和自动测量方面得到了很大的发展。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于气电传感器的T形管式结构，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于气电传感器的T形管式结构，包括过虑稳压器、管路、连杆和差动变压器，管路的一端设置有进气喷嘴，另一端设置有测量喷嘴，进气喷嘴、测量喷嘴和管路组成气电传感器的背压式测量系统，管路的上端设置有T形管，T形管通过连杆和差动变压器连接，差动变压器连接差动相敏检波电路；差动相敏检波电路，被配置为用于将差动变压器产生的交流电压量转化为直流电压量，并将电压信号进行放大、相敏检波和低通滤波处理，输出直流电压。
优选地，差动相敏检波电路，包括差动变压器、放大器、相敏检波器和低通滤波器；差动变压器分别与放大器、相敏检波器和滤波器通过线路连接，放大器、相敏检波器和滤波器通过线路依次连接，差动变压器将产生的交流电压，经放大器的放大、相敏检波器的相敏检波和低通滤波器的滤波处理，最后输出经处理后的电压。
工作原理：
本发明发明了一种用于气电传感器的T形管式结构，压缩空气经过滤稳压器的净化和稳压后由管路送来工作压力为
的压缩空气，进气喷嘴、测量喷嘴和管路组成的背压式测量系统；被测工件尺寸改变引起工件与传感器之间的测量间隙
变化，工作压力经背压式测量系统后的测量压力
随之变化，因而使T形管伸缩变形，T形管受向上的力，推动铁芯上下移动，当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布,从而改变了初级线圈之间的互感量
，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势， 随着铁芯的位置不同， 次级产生的感应电动势也不同，这样，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明采用T形管的目的是为了解决传感器密封端处于自由状态，长期使用会使波登管发生形变，进而导致测量不准确，测量精度下降的问题，T形管是由左右完全对称的结构构成的，下面有底座固定，选择T形管可以改善波登管因压力变形导致的测量精度误差，延长了使用寿命，T形管的材料可依据测量范围选择弹性不同的合金；为了进一步提高气电传感器的灵敏度，增大线性工作范围和减少外界条件的变化对测量精度的影响，气电传感器的内部采用利用差动变压器为基础的输出电路，将被测工件尺寸转换成气压变化进一步转换成电信号，提高了气电传感器的灵敏度和测量精度，增大了传感器的线性工作范围，补偿零点残余电压。
附图说明
图1为T形管气电传感器原理图。
图2为T形管受力分析示意图。
图3为差动变压器结构图。
图4位差动变压器等效电路图。
图5为差动相敏检波电路工作原理图。
图6为差动变压器输出特性。
其中，附图1中：1-差动变压器；2-连杆；3-T形管；4-过滤稳压器；5-管路；6-进气喷嘴；7-测量喷嘴；附图3中：8-铁心；9-骨架；
-初级线圈；
-次级线圈。
1.气电传感器示意图
如附图1示，气电传感器包括变极距式差动变压器、连杆、T形管、过滤稳压器、进气喷嘴、管路和测量喷嘴；针对现有的气电传感器，对传感器内部结构进行了改进，引入了T形管结构，压缩空气经过滤稳压器的净化和稳压后由管路送来工作压力为
的压缩空气，由进气喷嘴、测量喷嘴和管路组成的背压式测量系统；被测工件尺寸改变引起测量间隙
变化，测量压力
随之变化，因而使T形管伸缩变形，T形管总体受向上的力，进而带动差动变压器的铁芯上下移动，将铁芯的位移量变成了电压信号输出。差动变压器内部将产生的交流电压量，经放大器的放大、相敏检波、低通滤波处理，最后输出经处理后的直流电压。
2.T形管受力分析
如附图2示，在T形管的两侧同度高度位置选取1,2,3,4四个不同的点进行受力分析，受力分别为
、
、
、
，因T形管是左右完全对称的结构，所以
，
，四点处所受力方向相反但大小相等，所以T形管两侧所受的力在水平方向上的力相互抵消，因此T形管整体在水平方向上受力平衡，在竖直方向上受向上的力，气流可以向上运动，进而带动差动变压器的铁芯上下移动。
3.差动变压器
如附图4所示，本发明采用了以差动变压器为基础的信号输出电路，差动变压器由铁芯、四个次级线圈、两个初级线圈和线圈骨架组成；T形管受向上的力，推动铁芯上下移动，当铁芯在线圈内移动时，差动变压器将非电量的位移变化变换成线圈的互感变化，它本身是一种互感式变压器。当变压器的互感量随位移的变化而变化时，输出电压将相应发生变化。
初级线圈作为变压器激励用，次级线圈由两个结构参数与电气参数相同的线圈反相串接而成，次级线圈因互感产生感应电势。其感应电势的理论计算如下：
式中，
:次级线圈
产生的感应电动势；
输出电压为:
式中，
为差动变压器的输入电压，求出互感系数
和
,得到输出电压
与铁心位移
的关系，其中，
为初级线圈
与次级线圈
的互感系数，
为初级线圈
与次级线圈
的互感系数。
根据磁场定律得到：
式中，
:初级线圈的匝数；
将上式得到的
和
带入输出电压
中，得:
令
，则式中
，
为初级线圈与次级线圈绕组的变比
可以看出，当铁心处于中间位置时，有
，令
，由于两线圈互感系数相等，即
，感应电动势
，所以输出电压
；当铁心向上运动时，
，则
；当铁心向下运动时，随着铁心偏离中心位置，
逐渐增大，当铁心有位移
时，则
，
带入
中得到
其中，
:灵敏度，
由此可见差动电压器必须符合以下条件：
（1）供电电源必须是稳幅和稳频的。
（2）
比值越大，灵敏度越高。
（3）
初始气隙不宜过大，否则灵敏度降低。
（4）电源的幅值应适当提高，但以铁心不饱和为限，还应考虑传感器散热条件，以保证在允许温升限度内，否则要引进附加误差。
（5）供电电源频率的选取：一般材料做的传感器一次线圈的供电频率不宜高于8KHZ。
（6）上述公式都是在不考虑铁损及寄生电容的情况下推导的。当供电频率较高时，或供电频率虽不高，但铁心使用实心整体铁心时，必须考虑铁损造成的影响。
（7）上述推导假定副端开路，这等于要求二次测量线路中有足够大的输入阻抗。
4.差动相敏检波电路
如附图4所示为一种用于小位移测量的差动相敏检波电路工作原理图。当无输入信号时，铁心位于中间位置，调节电阻
，使零点残余电压最小；当有输入信号时，铁心上移或下移，其输出电压经放大器、相敏检波、低通滤波后得到直流电压输出。
Claims (1)
1.一种用于气电传感器的T形管式结构，其特征在于：包括过滤稳压器、管路、连杆和差动变压器，管路的一端设置有进气喷嘴，另一端设置有测量喷嘴，进气喷嘴、测量喷嘴和管路组成气电传感器的背压式测量系统，管路的上端设置有T形管，T形管通过连杆和差动变压器连接，差动变压器连有差动相敏检波电路；
相敏检波电路，将差动变压器输出的交流电压经放大器、相敏检波、低通滤波后得到直流电压输出；
差动相敏检波电路，包括差动变压器、放大器、相敏检波器和低通滤波器；差动变压器与放大器、相敏检波器和滤波器通过线路连接，放大器、相敏检波器和低通滤波器通过线路依次连接，差动变压器将产生的交流变压量，经放大器的放大、相敏检波器的相敏检波和低通滤波器的滤波处理，最后输出经处理后的直流电压；
差动变压器，被配置为用于将位移量转换为电压量，采用差动连接的方式与T形管相连；
T形管是由左右完全对称的结构构成的，T形管的下端设置有底座，T形管在水平方向不受力，只受竖直方向上的力；
本发明发明了一种用于气电传感器的T形管式结构，压缩空气经过滤稳压器的净化和稳压后由管路送来工作压力为
的压缩空气，进气喷嘴、测量喷嘴和管路组成的背压式测量系统；被测工件尺寸改变引起工件与传感器之间的测量间隙
变化，工作压力经背压式测量系统后的测量压力
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