磁致伸缩技术在线性位移传感器上应用.docVIP

磁致伸缩技术在线性位移传感器上应用 　　摘 要 本文从磁致伸缩效应出发，介绍了磁致伸缩位移传感器的技术原理、特点及在2250热轧板厂的实际应用，提出传感器选择的注意事项，对常见故障进行了细致的原因分析并提出了改进措施，同时总结了使用中的传感器维护要点。 　　关键词 磁致伸缩；传感器；热轧厂 　　中图分类号TG33 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0124-02 　　0 引言 　　线性位移传感器是位移传感器中的一种，用来测量直线位移、速度、位置等信号，广泛应用于工业生产的各个领域。按照原理主要分为电阻式、电容式、电感式、变压器式、涡流式、激光式等等。每一种都有自己的优缺点，根据工业应用环境的不同，如距离远近、精度高低、工作环境等，选择不同形式的传感器来满足用户需求。涟钢2250热轧板厂轧线液压油缸活塞杆位置检测需求较高，从加热炉到卷取运输链区域总计大小位置油缸约200多个，工作行程120mm～3580mm之间，磁致伸缩线性位移传感器以大量程、非接触式、高稳定性和高精度等诸多特点得到很好的应用。 　　1磁致伸缩效应 　　铁磁性物质的形状在磁化过程中发生形变的现象，叫做磁致伸缩。产生这种行为的原因是材料中磁畴在外磁场的作用下，每个磁畴内的晶格沿磁畴的磁化强度方向发生形变e ，同时应变轴随着磁畴磁化强度的转动而转动，从而导致物质整体上的形变。应变dl /l 随外磁场增加而变化，最终达到饱和l。虽然磁致伸缩引起的形变比较小，其范围在10-5～10-6之间，但它在控制磁畴结构和技术磁化过程中，仍是一个很重要的因素。 　　式中：e 为磁化饱和时的形变， j 覌察方向（测试方向）与磁化强度方向之间的夹角。 　　2磁致伸缩技术原理 　　磁致伸缩线性位移传感器的结构原理如图所示。该产品主要由测量杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环组成。测量杆内装有铁磁材料制成的测量感应元件（波导线），外部套有不锈钢管，用来保护波导丝。工作时，由电子仓内电子电路产生一起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被安装在电子仓内的使能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移。 　　3 磁致伸缩位移传感器特点 　　磁致伸缩位移传感器作为一种新的位置检测传感器，主要有以下特点：1）采用高科技材料和先进的电子处理技术，能够应用在高温、高压和高振荡的环境中；2）检测磁环和传感器无直接接触，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，检测的可靠性高，使用寿命长；3）传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零；4）由于输出信号是一个真正的绝对值，而不是比例的或放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，更无需定期重标；5）电气信号输出模式较多，用户选择范围较宽，如SSI、Profibus-Dp、CANBus、DeviceNet等；6）安装灵活方便，提供分体式与柔性外管，适应现场多种安装条件。下图是磁致伸缩位移传感器与其他几种线性位移传感器各项参数的比较。 　　4磁致伸缩应用 　　磁致伸缩线性位移传感器广泛应用于各种工业领域，其中又以液压缸或液位计居多。涟钢2250热轧板厂加热炉、粗轧、精轧、热卷箱、卷取等区域均采用带磁致线性位移传感器（MTS公司传感器）的液压油缸，位置检测十分方便快捷。 　　4.1典型安装示意图 　　1）传感器头-电子部分内置于一个坚固的外壳内； 　　2）保护外观-传感器带有安装法兰的耐压圆管（最大压力530bar）保护着内部的敏感元件和波导管系统。它直接被安装到空心活塞杆内； 　　3）位置磁铁-位移的移动部分，它被固定于活塞杆末端。这个永磁铁沿着不动的传感器外管无接触无磨损的移动。它的磁场透过传感器臂启动测量信号。 　　4.2选型注意事项 　　选择传感器的尺寸时，考虑感应杆的长度与磁环的安装位置要求是十分重要的。为了防止磁环和检波器之间的相互干扰，在工艺设计制造时设置一个区域称之为零区，长度根据传感器的外壳选型而定。在设计运动系统时必须预留空间，使得磁环的背面与传感器安装法兰之间的距离不小于零区长度。在传感器杆的末端（与电子头相反的一端），有一个内置有阻尼的非工作区，叫做死区。象零区一样，在系统设计时计算好使得磁环的前面与传感器末端的距离不小于指定的死区距离。比如，如果移动轴运动1.5m，订货行程填1.5m。但检测杆的实际总长度，从法兰平面（电子头端）到杆末端应该是1.5m+零区长度+死区长度。 　　4.