钢板厚度测量系统.doc
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1、长沙理工大学钢板厚度测量系统 学院:汽车与机械工程学院 班级: 车辆1102 学号:2 姓名:侯 健 钢板厚度测量系统一、测量对象说明本测量系统对象是普通钢板,但为保持测量灵敏度要求其厚度大于0.1mm,被测面应光洁、不应有洞眼、刻痕等,长度50mm、宽度30mm、厚度在016mm间。二、测量原理框图三、测量原理与方法说明 1.测量原理 如图1所示,在金属板一侧的电感线圈中通以高频激励电流I1时,线圈将产生高频磁场,由于集肤效应,高频磁场作用于金属板表面薄层,并在这薄层中产生涡流。涡流I2又会产生交变磁通2反过作有于线圈,使得线圈中的磁通1发生变化而引起自感量变化,在线圈中产生感应电势。电感的
2、变化随涡流而变,而涡流又随线圈与金属板间距x而变化,因此可以用高频反射式涡流传感器来测量位移x的变化。图2为涡流效应等效电路。R1为线圈电阻;L1为线圈电感;R2为短路电阻;L2为短路环电感;U1为激励电压;M为线圈与短路环间的互感。 回路方程: 受涡流影响后线圈的等效阻抗为: 线圈阻抗只与L1、L2、M有关,而L1、L2、M都与x有关,即Z=f(x),因此,如固定传感器的位置,当间距x发生变化时,Z就发生变化,从而达到以传感器阻抗变化值来检测被测金属位移量的值。 传感器阻抗变化还需进一步转化为电信号以便进入数据采集系统。通常的测量方法式采取阻抗变换电路:电涡流传感器探头内线圈,与其它固定阻抗
3、组成原始平衡电桥,随着钢板厚度的变化,探头线圈阻抗值随之变化,这样就破坏了电桥的原始平衡,失衡电桥的桥路输出电压值可反映被测钢板厚度值。除电桥法外,还有高精度的谐振调幅、调频等测量电路。 2、测量方法说明 利用高频反射式涡流传感器的原理,采用上下2路涡流传感器,被测钢板置于中间,分别测量上、下检测器对钢板间距,相对固定的2路可以实现对钢板的厚度测量,原理如图3。D为2传感器的间距,h为钢板的厚度,x1、x2为钢板到传感器探头的距离,即传感器的测量值。则被测钢板的厚度h为D-(x1+x2)。测量值不受钢板移动的过程中上下波动及带材不够平整的影响。 四、传感器的选型拟采用上海传振电子科技有限公司的
4、型号为CZ-600传感器。 1、内部系统图2、技术参数供电范围1、+18Vdc+30Vdc(输出信号:420mA;15V;110V)2、-24Vdc(-2-18V)注:不同的输出方式,供电不同测量量程动态测量(轴振动位移量):0-800um;静态测量(轴向位移):016mm输出信号420mA、15V、110V、-2-18V(可选)分辨力0.001mm线性误差量程: 12mm误差 13mm误差1.5%输出方式三线制(电源、信号输出、公共端)输出负载电压输出:输出阻抗51;电流输出:负载电阻500频率响应05KHz(0.5dB)功耗10mA(不包括变送输出的电流)系统温漂0.1%/适用温度范围前置
5、器-30+70;探头-40+150;电缆-40+150电缆总长5或9延伸电缆长度4、4.5、8、8.5探头电缆长度1、0.53、安装说明(1)被测体要求:被测体材料对传感器特性影响,以2mm对应-2-18V为例(如下图)(2).被测体为为圆轴且其轴心线与探头轴心线正交时,要求被测体直径大于探头直径3倍以上,否则传感器灵敏度会降低。(3).被测体厚度影响传感器灵敏度。钢等导磁性好的金属材料要求其厚度大于0.1mm,铝等导磁性好的金属材料要求其厚度大于0.6mm.(4).被测面应光洁、不应有洞眼、刻痕等,转速、鉴相测量可在被测面装凸台或开凹槽,位移测量一般要求被测面表面粗糙程度不超过0.81.6u
6、m,轴的径向振动测量一般要求被测面表面粗糙程度不超过0.40.8um。(5).两个探头的安装距离不能太近,否则两探头之间会通过电磁场互相干扰(如图2-6所示),在输出信号上迭加两探头的差频信号,造成测量结果的失真,这种情况称之为相邻干扰。排除相邻干扰有关的因素:被测体的形状,探头的头部直径以及安装方式。通常情况下探头之间的最小距离见下表2-2与图2-6。本系统的选型探头选型为CZ600T-A01-B040-C08-D10-E01规格为8mm,正装,有螺纹,系统电缆总长9M,电缆长度1M,壳体长度40mm,有铠装。延伸电缆选型CZ600L-A40-B01电缆长度4M,有铠装。前置器选型CZ600
7、-A00-B02供电电压为+24V,输出信号为1 V 5V。五、各原理框图的功能1.电桥 电桥是一种电阻、电感电容等参数变化转换位电压或电流变化的测量电路。电桥输出一般需先做放大,然后再做后续处理。但有时也可用指示仪表直接测量。电桥电路电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转化为或电流的变化。图是电桥法的电原理图,图中线圈A和B为传感器线圈。传感器线圈的阻抗作为电桥的桥臂,起始状态,使电桥平衡。在进行测量时,由于传感器线圈的阻抗发生变化,使电桥失去平衡,将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波,就可得到与被测量成正比的输出。2.检测电路 检测电路分为整流电路A、分压电路B和放大电路C。利用互感器对线圈
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