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巴魯夫電感式傳感器 耐高壓/BALLUFF特點(diǎn)
巴魯夫耐高壓電感式傳感器是zui古老的傳感器，指南針是磁傳感器的zui早的種應(yīng)用。但是作為現(xiàn)代的傳感器，為了便于信號(hào)處理，需要磁傳感器能將磁信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)輸出。應(yīng)用zui早的是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的磁電式的傳感器。這種磁電式傳感器曾在工業(yè)控制域作出了杰出的貢獻(xiàn)，但是到今天已經(jīng)被以高磁敏感材料為主的新型磁傳感器所替代。磁旋轉(zhuǎn)傳感器有許多半導(dǎo)體磁阻元件*的優(yōu)點(diǎn)。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號(hào)外，而且有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)范圍，這是由于電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。另外，這種傳感器還能夠應(yīng)用在很大的溫度范圍中，有很長(zhǎng)的工作壽命、抗灰塵、水和油污的能力強(qiáng)，因此耐受各種環(huán)境條件及外部噪聲。所以，這種傳感器在工業(yè)應(yīng)用中受到廣泛的重視。傳感器在價(jià)格自動(dòng)化系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，因?yàn)檫@種傳感器有著令人滿意的特性，同時(shí)不需要維護(hù)。其主要應(yīng)用在機(jī)床伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)、價(jià)格自動(dòng)化的機(jī)器人臂的定位、液壓沖程的檢測(cè)、價(jià)格自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的位置檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測(cè)單元和各種旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)單元等。巴魯夫耐高壓電感式傳感器在家用電器中也有大的應(yīng)用潛力。在盒式錄音機(jī)的換向機(jī)構(gòu)中，可用磁阻元件來(lái)檢測(cè)磁帶的終點(diǎn)。家用錄像機(jī)中大多數(shù)有變速與高速重放功能，這也可用磁旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)主軸速度并進(jìn)行控制，獲得高畫(huà)面的。洗衣機(jī)中的電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和高低速旋轉(zhuǎn)功能都可以通過(guò)伺服旋轉(zhuǎn)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和控制。巴魯夫耐高壓電感式傳感器主要包括有四相傳感器和單相傳感器。在工作過(guò)程中，四相差動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器用對(duì)檢測(cè)單元實(shí)現(xiàn)差動(dòng)檢測(cè)，另對(duì)實(shí)現(xiàn)倒差動(dòng)檢測(cè)。這樣，四相傳感器的檢測(cè)能力是單元件的四倍。而二元件的單相旋轉(zhuǎn)傳感器也有自己的優(yōu)點(diǎn)，也就是小巧可靠的特點(diǎn)，并且輸出信號(hào)大，能檢測(cè)低速運(yùn)動(dòng)，抗環(huán)境影響和抗噪聲能力強(qiáng)，成本低。
巴魯夫耐高壓電感式傳感器目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國(guó)只能用于測(cè)量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)椋愎I(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測(cè)流體流速（流量）變化帶給聲速的變化量zui大也是10－3數(shù)量．若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量，因此必須有完善的測(cè)量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。 超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。 　　超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測(cè)。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。
巴魯夫耐高壓電感式傳感器隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來(lái)制造和運(yùn)輸上的困難，造價(jià)提高、能損加大、安裝不僅這些缺點(diǎn)，超聲波流量計(jì)均可避免。因?yàn)楦黝?lèi)超聲波流量計(jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小無(wú)關(guān)，而其它類(lèi)型的流量計(jì)隨著口徑增加，造價(jià)大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能其它類(lèi)型流量計(jì)的功能價(jià)格比越*。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測(cè)量?jī)x表，多普勒法超聲波流量計(jì)可測(cè)雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過(guò)去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量計(jì)也可用于氣體測(cè)量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。 另外，表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表，故可解決其它類(lèi)型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。另外，鑒于非接觸測(cè)量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。
巴魯夫耐高壓電感式傳感器的基本結(jié)構(gòu)由感知空氣流量的白金（鉑金屬線）、根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正的溫度補(bǔ)償電阻（冷線）、控制電流并產(chǎn)生輸出信號(hào)的控制線路板以及空氣流量傳感器的殼體等元件組成。根據(jù)白金在殼體內(nèi)的安裝部位不同，式空氣流量傳感器分為主流測(cè)量、旁通測(cè)量方式兩種結(jié)構(gòu)形式。圖 18所示是采用主流測(cè)量方式的式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它兩端有金屬防護(hù)網(wǎng)，取樣管置于主空氣通道，取樣管由兩個(gè)塑料護(hù)套和個(gè)支承環(huán)構(gòu)成。線徑為70μm的白金絲（RH），布置在支承環(huán)內(nèi)，其阻值隨溫度變化，是惠斯頓電橋電路的個(gè)臂（圖 19）。支承環(huán)前端的塑料護(hù)套內(nèi)安裝個(gè)白金薄膜電阻器，其阻值隨進(jìn)氣溫度變化，稱(chēng)為溫度補(bǔ)償電阻（RK），是惠斯頓電橋電路的另個(gè)臂。支承環(huán)后端的塑料護(hù)套上粘結(jié)著只精密電阻（RA）。此電阻能用激光修整，也是惠斯頓電橋的個(gè)臂。該電阻上的電壓降即為式空氣流量傳感器的輸出信號(hào)電壓。

巴魯夫耐高壓電感式傳感器大致可分傳播速度差法（包括：直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法、頻差法）波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類(lèi)型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單，便于測(cè)量和攜帶，價(jià)格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合使用。由于直接時(shí)差法、時(shí)差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過(guò)測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流傳報(bào)時(shí)速度之差來(lái)反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱(chēng)為傳播速度差法。其中頻差法和時(shí)差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來(lái)的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法（透過(guò)法）、V法（反射法）、X法（交叉法）等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來(lái)反映流體流速的，低流速時(shí)，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過(guò)測(cè)量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普 　　勒頻移來(lái)確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測(cè)量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測(cè)量流量，原理上，此法的測(cè)量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無(wú)關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無(wú)關(guān)，因而測(cè)量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價(jià)格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個(gè)缺點(diǎn)可以克服。噪聲法（聽(tīng)音法）是利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過(guò)檢測(cè)噪聲表示流速或流量值。
巴魯夫耐高壓電感式傳感器的三種基本類(lèi)型，電感  轉(zhuǎn)速傳感器式傳感器、變壓器式傳感器和電渦流式傳感器都可制成轉(zhuǎn)速傳感器。電感式轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)用較廣，它利用磁通變化而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其電勢(shì)大小取決于磁通變化的速率。這類(lèi)傳感器按結(jié)構(gòu)不同又分為開(kāi)磁路式和閉磁路式兩種。開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器（圖4a）結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)較小，不宜在振動(dòng)劇烈的場(chǎng)合使用。閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器由裝在轉(zhuǎn)軸上的外齒輪、內(nèi)齒輪、線圈和*磁鐵構(gòu)成（圖4b）。內(nèi)、外齒輪有相同的齒數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測(cè)軸上起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)、外齒輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生磁阻變化，在線圈中產(chǎn)生交流感應(yīng)電勢(shì)。測(cè)出電勢(shì)的大小便可測(cè)出相應(yīng)轉(zhuǎn)速值。巴魯夫耐高壓電感式傳感器中用得zui多的是屬于壓電多晶的各類(lèi)壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環(huán)境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。壓電陶瓷有屬于二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶瓷、鈮酸鹽系列陶瓷和屬于三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點(diǎn)是具有熱釋電性，會(huì)對(duì)力學(xué)量測(cè)量造成干擾。有機(jī)壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十余種高分子材料。有機(jī)壓電材料可大量和制成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有*的*性,是很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦碗娐暡牧稀?0年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)了同時(shí)具有半導(dǎo)體特性和壓電特性的晶體，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等。利用這種材料可以制成集敏感元件和電子線路于體的新型壓電傳感器，很有發(fā)展前途。
BALLUFF巴魯夫接近開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 11所示。在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有*線形或三角形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時(shí)，在其后部的氣流中會(huì)不斷產(chǎn)生列不對(duì)稱(chēng)卻十分規(guī)則的被稱(chēng)為卡門(mén)渦流的空氣渦流。根據(jù)卡門(mén)渦流理論，這個(gè)旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動(dòng)方向移動(dòng)，其移動(dòng)的速度與空氣流速成正比，即在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)渦流發(fā)生器后方某點(diǎn)的旋渦數(shù)量與空氣流速成正比。因此，通過(guò)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)渦流的數(shù)量就可計(jì)算出空氣流速和流量。 　　測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。圖 12所示是反光鏡檢出式卡門(mén)渦旋流量傳感器，其內(nèi)有只發(fā)光二極管和只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被片反光鏡反射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在個(gè)很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片同振動(dòng)，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。ECU根據(jù)光敏三極管導(dǎo)通、截止的頻率即可計(jì)算出進(jìn)氣量（圖 11）。凌志LS400小轎車(chē)即用了這種型式的卡門(mén)渦旋式空氣流量傳感器。 　　圖 13所示為超聲波檢出式卡門(mén)渦旋式空氣流量傳感器。在其后半部的兩側(cè)有個(gè)超聲波發(fā)射器和個(gè)超聲波接收器。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過(guò)進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時(shí)，由于受氣流中旋渦的影響，使超聲波的相位發(fā)生變化。ECU根據(jù)接收器測(cè)出的相應(yīng)變化的頻率，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號(hào)確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點(diǎn)火提前角。
巴魯夫耐高壓電感式傳感器和壓電式加速度傳感器于體，其作用是在力傳遞點(diǎn)測(cè)量激振力的同時(shí)測(cè)量該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。因此阻抗頭由兩部分組成，部分是力傳感器，另部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是，保證測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。使用時(shí)將小頭（測(cè)力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測(cè)量加速度）與激振器的施力桿相連。從“力信號(hào)輸出端"測(cè)量激振力的信號(hào)，從“加速度信號(hào)輸出端"測(cè)量加速度的響應(yīng)信號(hào)。 巴魯夫耐高壓電感式傳感器采用回波分析原理來(lái)測(cè)量距離以達(dá)到定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過(guò)激光發(fā)射器每秒發(fā)射百萬(wàn)個(gè)激光脈沖到檢測(cè)物并返回接收器，處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測(cè)物并返回接收器所需的時(shí)間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。激光回波分析法適合于長(zhǎng)距離檢測(cè)，但測(cè)量精度相對(duì)于激光三角測(cè)量法要低。真尚有擁有的激光測(cè)距傳感器，zui遠(yuǎn)檢測(cè)距離可達(dá)3000m.巴魯夫耐高壓電感式傳感器是測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動(dòng)流量傳感器機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得*濃度的混合氣，必須正確地測(cè)定每瞬間吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，以此作為ECU計(jì)算（控制）噴油量的主要依據(jù)。如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障，ECU得不到正確的進(jìn)氣量信號(hào)，就不能正常地進(jìn)行噴油量的控制，將造成混合氣過(guò)濃或過(guò)稀，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。
巴魯夫耐高壓電感式傳感器由分子識(shí)別部分（敏感元件）和轉(zhuǎn)換部分（換能器）構(gòu)成，以分子識(shí)別部分去識(shí)別被測(cè)目標(biāo)，  結(jié)構(gòu)是可以引起某種物理變化或化學(xué)變化的主要功能元件。分子識(shí)別部分是生物傳感器選擇性測(cè)定的基礎(chǔ)。 生物體中能夠選擇性地分辯特定物質(zhì)的物質(zhì)有酶、抗體、組織、細(xì)胞等。這些分子識(shí)別功能物質(zhì)通過(guò)識(shí)別過(guò)程可與被測(cè)目標(biāo)結(jié)合成復(fù)合物，如抗體和抗原的結(jié)合，酶與基質(zhì)的結(jié)合。在設(shè)計(jì)生物傳感器時(shí)，選擇適合于測(cè)定對(duì)象的識(shí)別功能物質(zhì)，是極為重要的前提。要考慮到所產(chǎn)生的復(fù)合物的特性。根據(jù)分子識(shí)別功能物質(zhì)制備的敏感元件所引起的化學(xué)變化或物理變化，去選擇換能器，是研制高生物傳感器的另重要環(huán)節(jié)。敏感元件中光、熱、化學(xué)物質(zhì)的生成或消耗等會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化量。

巴魯夫電感式傳感器 耐高壓/BALLUFF特點(diǎn)