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估算氣體中可變磁阻壓力傳感器的頻率響應

作者:發表時間:2018-10-18



    總結 -

    頻率響應定義為測量係統準確反映動態壓力變化的能力。測量係統由壓力傳感器及其相關的電子設備和管道組成。係統的每個組件都會影響動態頻率響應。本文將描述影響可變磁阻壓力傳感器的頻率響應的因素,並提供可用於估計用於測量動態壓力的可變磁阻壓力傳感器的頻率響應的測試數據。


    介紹 -

    哪個AG真人網站是真的儀表四廠壓力傳感器對快速壓力變化做出準確響應的能力是三個變量的函數:傳感器本身的機械響應,傳感器電子設備的頻率響應,以及將壓力波形傳遞給管道的管道的固有頻率。傳感器的機械響應取決於傳感元件的結構。連接到壓力傳感器的電子器件很可能包括阻尼,或輸出級上的低通濾波器,甚至可能是係統響應中的最大限製因素。從壓力源通向換能器的管道也將具有諧振頻率,該諧振頻率將限製壓力測量係統的可用響應。

圖:動態壓力測量


    壓力傳感器機械響應

    幾乎所有的壓力傳感技術都依賴於壓力傳感膜片將動態壓力波形傳遞給壓力傳感器的機電元件。對於除可變磁阻之外的傳感技術,傳感膜片通過連杆或其他機械裝置連接到應變計,壓電,電容或一些其他電傳感元件。傳感膜片的剛度和相關的連杆產生機械彈簧 - 質量係統,其固有頻率通常由製造商規定。如果傳感器欠阻尼,則發生輸入波形的放大和動態誤差。如果傳感器過阻尼,則輸入的壓力波形會衰減。在任何一種情況下,壓力在傳感器的固有頻率處或附近的測量將導致動態信號的不期望的失真。


    在過程工業中使用的一些壓力變送器具有過壓保護方案,由此輸入壓力通過液壓傳遞到傳感元件。這種係統高度過度阻尼且相對較慢,大約0.1秒的響應時間是常見的。過程變送器通常以電子方式進一步衰減,因為平穩的壓力信號更適合過程控製應用。這些儀器不適用於動態壓力傳感。


    對於上海儀表四廠可變磁阻壓力傳感器,響應壓力而移動的唯一機械部件是傳感膜片,並且在滿量程壓力偏移下的總位移小於千分之二英寸。傳感器內部沒有機械連接或液壓裝置來減慢傳感元件的速度。感應地測量隔膜的位置,這就是感測的壓力如何轉換成電信號。可變磁阻換能器的固有頻率是範圍的函數,如圖所示。因為傳感膜片與被測氣體接觸,所以傳感器通常在其固有頻率下過阻尼。

圖:可變磁阻傳感器


    電子回應

    與壓力傳感器相關聯的電子器件向傳感元件提供電力,放大傳感元件信號,並包括用於傳感器輸出信號的低通濾波器。一些傳感技術,例如應變計壓力傳感器,具有DC激勵。其他傳感器,例如可變磁阻和電容傳感器,需要AC激勵和解調以提供高水平DC輸出。對於AC感測技術,激勵載波頻率也將是限製動態響應的因素。上自儀四廠可變磁阻傳感器使用3或5 Khz的載波激勵頻率,因此這將是動態壓力響應的上限。可變磁阻變換器的低通輸出濾波也可以限製動態響應。載波解調器電子器件的典型截止頻率從1 Khz到小於100 Hz不等,具體取決於換能器的應用。該輸出濾波器級通常在-12到-18 dB /倍頻程下滾降。


    管道響應 -

    動態壓力響應中最大的限製因素可能是由導管連接到傳感器壓力腔的管道產生的二階諧振係統。該係統的固有頻率取決於傳感器腔體的體積,管道的長度和直徑以及待測氣體中的聲速。顯示了等式。

圖:管道的頻率


    可變磁阻傳感器具有非常小的傳感器腔體積。與短管道相結合,這些傳感器即使在低壓範圍內也能提供非常高的動態響應。


    與傳感器固有頻率一樣,非常不希望在管道的固有頻率下進行動態壓力測量:由於壓力波形的放大將發生嚴重的失真。可以容忍失真的頻率取決於係統中的阻尼,這是一個難以確定的變量。當阻尼很小時會發生最嚴重的失真,因此假設這一點,任何給定管道係統的最大可用頻率通常被認為是其固有頻率的五分之一或七分之一。一些典型值:

    輕度阻尼係統=每單位臨界阻尼0.2 

    在100%固有頻率,放大= 2倍輸入

    在50%固有頻率,放大= 1.25倍輸入

    在25%固有頻率,放大= 1.05倍輸入

    在20%固有頻率,放大= 1.03倍輸入

    在固有頻率的15%時,放大=輸入的1.02倍


    管道測試 -

    為了測試傳感器傳感器腔體積,管道長度和固有頻率之間的關係,使用空氣和各種長度3 /來測試傳感器。 16英寸ID塑料管。如下測試每個換能器:

    將換能器和管道用空氣加壓至約7 In H 2 O. 啟動三通電磁閥,在係統上產生階梯壓力變化。使用USB2250以每秒5000個樣本的速率對換能器輸出進行采樣數據采集??係統。對於每個換能器和管道長度組合繪製輸出,並且根據波形的振鈴部分的周期確定固有頻率。將觀察到的振鈴頻率與計算值進行比較。

圖:壓力傳感器


    捕獲的典型波形如下所示。

圖:波形


    結果 -

    觀察到的固有頻率低於計算的固有頻率,因為管道長度縮短了。觀察到的較低頻率可能是電磁閥和換能器端口和配件受到限製的結果。在沒有電磁閥的情況下,實際固有頻率可能稍高。

圖:管道長度與固有頻率


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