磁阻式浮子位移测量技术的研究

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1、磁阻式浮子位移测量技术的研究2007.1.211目录课题背景和意义一二纯固态式和半固态式传感器的研究与设计三四五六半固态式传感器硬件系统的研究与设计半固态式传感器基于μC/OS-II的研究与设计半固态式传感器的温度实验和实流实验研究建议2课题背景和意义浮子位移测量技术的研究现状课题研究的主要内容和创新点3浮子流量计的浮子位移与流量之间存在明确对应的函数关系，测出浮子位移即可确定流量大小。从对浮子位移的测量技术上可以分为以下三种：非固态式（纯机械式）测量技术纯固态式(电子式)测量技术半固态式（机械电子混合式）测量技术浮子位移测量技术的研究

2、现状4非固态式（纯机械式）测量技术当流体自下而上流过锥管1时，引起浮子2产生位移，浮子位移通过磁钢4、5的耦合传给平衡杆6，经过凸轮7的非线性修正和调整件8的传动，将与流量对应的浮子位移转换成角位移后传递给转角变送器9，转角变送器将角位移信号转换为与流量值线性对应的标准电流信号输出远传。图1采用转角变送器的流量计工作原理5非固态式（纯机械式）测量技术代表产品德国Krohne公司的H27系列产品优点测量精度比只用凸轮板进行修正的流量计有所提高。缺点凸轮板的加工需要根据不同测量介质进行，增加了机加工的复杂度，同时流量计量的精度也受到了机械加

3、工的限制。转角变送器基本为引进产品，尽管精度较高，但是价格昂贵，仪表成本将大大增加。6纯固态式（电子式）测量技术图2采用固态磁场传感器的流量计工作原理当被测流体自下而上流过锥管时，浮子产生位移，通过固态磁场传感器直接检测浮子磁场的变化，从而使传感器输出相应电压。该输出电压输入到单片机应用系统进行处理后，可输出与流量对应的标准电流信号，也可通过标准通信接口进行数据远程交换。7纯固态式（电子式）测量技术代表产品英国Platon公司的C2076优点采用固态传感器直接检测浮子磁场的变化，全部取代了可动的机械部件，彻底消除了机械磨损带来的误差，实

4、现了全电子化和小型化，大大降低了回差。缺点由于受到测量口径和夹套的影响，使得浮子磁钢与磁传感器的距离受到限制，磁传感器所测磁场强度较弱，极易受到外磁场及铁磁性物质的影响。由于浮子磁钢处于被测流体中，磁钢磁场受到流体的温度及其中的铁磁性物质的影响，造成浮子磁场变化，导致测量结果误差。8半固态式（机械电子混合式）测量技术图3采用磁阻式传感器的流量计工作原理当流体自下而上流过锥管1时，引起浮子2产生位移，浮子位移通过磁钢4、5的耦合传给平衡杆6，平衡杆的转动引起其上安装的磁钢7的转动，这样就将浮子的直线位移转换成磁钢7的角度位移，再通过固态的

5、磁阻传感器8检测磁钢7的磁场方向的变化，从而使传感器8输出相应的电压，该输出电压输入到单片机应用系统进行处理后，可输出与流量对应的标准电流信号输出远传。9优点采用固态的磁阻传感器替代现有纯机械式角位移传感器的测量，避免了角位移传感器因机械部分磨损而发生信号丢失的现象，而且分辨率高，功耗低，体积小。对磁铁的温度系数不敏感，对冲击和振动不敏感，以及可以承受传感器和磁铁之间间隙较大的变化。可以做成本安型或隔爆型防爆结构，扩大了流量计的使用范围。缺点仍然存在一定的机械磨损。半固态式（机械电子混合式）测量技术10课题研究的主要内容和创新点提出了一

6、种使用半固态式传感器检测金属管浮子流量计中浮子位移的新方法，并成功研制了一台半固态式传感器。对利用纯固态式传感器检测浮子位移的测量技术进行了深入的研究，并分析了该测量技术的性能与特点。对于半固态式传感器，在MSP430单片机上实现了以μC/OS-II为核心的软件系统，并实现了流量计的智能化。11纯固态式和半固态式传感器的研究与设计磁阻传感器的工作原理纯固态式传感器的研究与设计半固态式传感器的研究与设计供电方式的选择12磁阻传感器的工作原理一、磁阻效应磁阻元件类似霍尔元件，但它的工作原理是利用半导体材料的磁阻效应(或称高斯效应)。在洛伦兹

7、力作用下使一些载流子往一边偏转，所以半导体片内电流分布是不均匀的，改变磁场的强弱就影响电流密度的分布，故表现为半导体片的电阻变化。与霍尔效应的区别如下：即霍尔电势是指垂直于电流方向的横向电压，而磁阻效应则是沿电流方向的电阻变化。磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数的测量。13磁阻传感器的工作原理二、磁阻传感器的工作原理各向异性磁阻(AMR)发生在铁质材料中，当在其制成的薄板中施加一个垂直于电流方向的磁场M时，它本身的电阻发生明显的变化，这就是磁阻传感器的工作原理。惠斯顿电桥是磁阻传感器的主要组成部分。图4磁阻传感器的工作原理及典型的磁阻

8、响应曲线14磁阻传感器的工作原理3、HMC1501和HMC1512Honeywell公司的HMC1501和HMC1512都是利用磁阻效应制成的传感器。他们的特点如下：高分辨率：该磁阻传感器可以测量从一磁铁发