1、前言
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。每一种都有不同的优缺点，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，有大小位置油缸200多个，工作行程120～3580mm，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。
2、磁致伸缩效应
磁致伸缩是指铁磁性物质的形状在磁化过程中发生形变的现象。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δL/L随外磁场增加而变化，最终达到饱和λ。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。用下式表示，具体变化见下图。
δL/L=ecos2φ
式中：e为磁化饱和时的形变，φ为观察方向（测试方向）与磁化强度方向之间的夹角。
3、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下图所示。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。
4、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：（a）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。（b）检测磁环和传感器无直接接触，如果不断重复检测，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。（c）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。（d）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。（e）电气信号输出模式较多，用户选择范围较宽，如Profibus-Dp、CANBus、DeviceNet等。（f）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。表1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。
表1
| 技术 | 分辨率 | 非线性度 | 满量程范围 | 耐久性 |
| 磁致伸缩 | 高 | 低 | 10毫米~20米 | 高 |
| LVDT | 高 | 中 | 2毫米~200毫米 | 高 |
| 电感式 | 中 | 中 | 2毫米~500米 | 高 |
| 编码器 | 高 | 低 | 10毫米～2米 | 低 |
| 超声波式 | 低 | 高 | 100毫米～20米 | 中 |
| 电阻式 | 中 | 中 | 10毫米～500毫米 | 中 |
5、磁致伸缩应用
磁致伸缩线性位移传感器广泛应用于工业领域，其中以液压缸或液位计较多。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（某进口品牌位移传感器）的液压油缸，位置检测十分方便快捷。
A.典型安装示意图，如下图3所示。
传感器头-电子部分内置于一个坚固的外壳内。
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。
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。
注意：
当应用于液压缸的直接行程测量时，传感器的耐压不锈钢圆管必须按图示完全装入活塞杆的钻孔内，意思是在活塞杆完全伸出时圆管尾端还保留在活塞孔内，这样能保证延长寿命和无故障，操作也不受液压油影响。
B.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1.5米，订货行程填1.5米。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1.5米+零区长度+死区长度。
C.电气连接注意事项。
需要系统提供一个稳定的低波动的直流电源，电源的波动直接影响模拟量输出的分辨率。低于供电范围有可能不能启动传感器，而超出供电范围有可能对传感器造成损坏。
最好选择厂家提供的标准连接接头，这样可以保证可靠的信号传递。
电缆最好选择厂家提供的专用电缆，如果选择其他，最好是低电容值的。
如果电缆所处的工业环境较为恶劣（高温、高压），必须加装保护装置或做好防护措施（如防水罩、隔热板等）。
确保传感器被安装在远离强磁场和电磁噪音高的地方。
D.维护要点。
定期查看屏蔽线的好坏，保证可靠接地。
加强检修期间的巡视，避免串入强电流，尤其是焊机接地线接地点与焊点控制在1.5米之内，以免焊接引起的强电流导致传感器损坏。
传感器需要更换时，在更换前，测定备用传感器的好坏，以免安装之后引起返工。
传感器带压更换时，波导管从不锈钢耐压圆管中抽出后注意保护，放置在安全可靠的场所，以免损坏。
6、结语
磁致伸缩位移传感器自2009年2250热轧板厂投产以来，在轧线众多设备位置油缸检测上应用良好，完全能够满足轧钢控制系统高精度及高稳定性的要求。在应用过程中，要注意以下几点：
A.选择传感器安装形式时，要充分了解现场安装空间需求，根据实际情况选择分体式还是标准式；确定传感器尺寸时，要知道油缸或移动轴的行程。
B.电气连接必须保证可靠，提供的电源保持稳定，必要时设置防水隔热等防护装置。
C.检修遇有交叉作业，必须做好隔离措施，以防外部伤害（投产后损坏的传感器多半是因为机械损伤线缆，或是强电流导致电子头烧坏）。
微信扫一扫
