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霍尔开关在检测液压缸位移中的应用

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2020-07-20 08:57:10【
随着工业自动化水平的不断提高,特别是计算机控制技术在电液控制系统中的广泛应用,带位置检测的液压缸已成为电液控制系统中的关键技术。目前国内在这一领域的研究和开发工作还比较落后,现有技术大多只能进行液压缸位置点发讯和小行程位移测量,在行程较大或测量精度及可靠性要求高的场合。比如在水利。石化、冶金等行业,工程建设和技术改造中所需含位移检测装置的液压缸大多仍依赖进口。因此,对可用于电液控制系统中的位移检测技术进行研究,就具有理论和实际意义。


根据不同的检测精度和应用场合要求,目前液压缸的位移检测方式有外置式和内置式两种。外置式主要有电位器型、电感型、外置动线圈式电感型。滚动光栅和直线光栅式液压缸位移测量装置等。外置式检测方法不涉及液压缸的内部结构,是独立于油缸的附加式结构,特点是结构简单,不存在内置式位移传感器的耐高压问题,但在有些场合,外部安装不方便,可靠性也较差,因此其使用受到一定限制。

内置式主要有:磁致伸缩效应位移传感器、超声波原理的位移传感器、利用霍尔或电涡流效应的液压缸位移检测方法等。其特点是,磁致伸缩和超声波式检测方法精度很高,使用方便,但结构较复杂,加工制造不太容易,涉及到传感器耐高压的问题,成本也很高,广泛应用于行程较长、精度要求高的场合。


但在一些特殊的应用场合。如水利工程中控制闸门启闭的液压缸和舰船中的一些 控制装置,液压缸的行程特别长,上述方法就无法胜任。一种好的方法是利用电涡流或霍尔开关,配合液压缸的特殊工艺,内置检测其位移。

这种位移检测系统可集成在液压缸内,具有传感器固定不动,非接触测量,测量范围不受限制,相对精度高;可做成防爆型式,用于安全级别高的场合;检测系统输出为脉冲数字信号,可直接与计算机或可编程序控制器连接等特点。

利用霍尔效应测量液压缸位移方法

在一个半导体薄片相对两侧面通以控制电流I。在薄片垂直方向加磁场B, 则在半导体另两侧会产生一个大小与控制电流I和磁场B乘积呈正比的电动势,这一现象 叫做霍尔效应,其所产生的电动势称为霍尔电势,所用的薄片称为霍尔元件


当控制电流不变,使传感器处于非均匀磁场时,传感器的输出正比于磁感应强度,可反映出位置、角度或激磁电流的变化,即可用作无接触位移连续测量或发讯装置。由于霍尔开关有着在静止状态下感受磁场的独特能力,而且具有结构简单、小型、频率响应快、寿命长、无接触等优点,因此在测量技术、自动化技术和信息处理等方面获得了广泛应用。

本研究应用这一效应测量液压缸位移系统的工作原理如图1所示。首先在活塞杆外表面加工出均匀的环形槽,将非导磁性材料,如工业陶瓷等填入凹槽内,之后将活塞杆表面重新加工到规定的尺寸和光洁度。将霍尔开关垂直于活塞杆表面固定安放在离活塞杆轴有一定距离处,并在探头与活塞杆表面之间一定位置处放置一水久磁铁,即组成测量系统。


 
永久磁铁的磁场大小及方向如图中所示,磁力线从N级出发到S级形成闭合磁路,在活塞杆的台阶处,由于有金属的导磁作用,使闭合磁路得以强化,霍尔开关感应到的磁场强度较大,有较大的电压输出,在活塞杆的凹槽处,由于有非导磁材料覆盖层,金属的导磁作用减弱,磁路强度减小,霍尔开关感应到的磁场强度减小,有较小的电压输出,这样,在活塞杆运动过程中,霍尔开关就输出交替变换的强弱电压信号,经电路变换后可转换为一系列脉冲信号。对此信号进行一定 处理,然后通过脉冲计数就可获得液压缸位移或速度的大小。

为了兼顾检测精度和制造难度,工作时将两个霍尔效应或电涡流传感器相距1/4螺距安装,就产生相位差为90°的两路方波输出信号,如将四个这样的传感器相距1/8并排安装在液压缸前端盖内,输出信号是四路相位差为45°的方波信号,就可实现对原始测量信号的4倍或8倍细化,同时辨别液压缸的运动方向。