磁致位移傳感體膨脹測量儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種磁致位移傳感體膨脹測量儀，屬于物理學、力學、電磁學、傳感器等相關課程的實驗儀器技術領域。
【背景技術】
[0002]位移傳感器又稱為線性傳感器，位移傳感器主要是測量物體運動過程中與移動有關的量，位移傳感器是一種屬于金屬感應的線性器件，它所涉及的范圍相當廣泛，傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量，用來測量伸長、振動、物體厚度、膨脹等各種變化。
[0003]磁致位移傳感器，是通過內部非接觸式的技術方式精確地檢測活動磁環(huán)的絕對位置來測量被檢測物體的實際位移值的。由于作為確定位置的活動磁環(huán)和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵埃或其它污染的影響，可以大大地提高檢測的可靠性和使用壽命。同時傳感器具有高精度和高可靠性，輸出信號為絕對位移值。
[0004]隨教學的發(fā)展，高校的實驗教學不僅要求實驗設備能夠提供原理性的實驗項目，同時也要求能進行進一步量化的創(chuàng)新性實驗，培養(yǎng)學生創(chuàng)新的思維和動手能力，另一方面要求實驗設備要貼近社會生產實踐，為社會培養(yǎng)應用性人才和工程技術人員，而現(xiàn)有的位移測量類傳感器實驗項目卻很少見。
[0005]本測量儀使用了磁致位移傳感器，測量儀通過對待測量液體的水浴加熱及對液面變化距離的測量，使學生能很好的理解和掌握液體體膨脹系數(shù)及位移傳感器應用。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有實驗儀器所存在的缺點，提出一種結合了磁致傳感器的磁致位移傳感體膨脹測量儀，并將位移傳感器的測量結果經(jīng)信號的解調和微處理器處理，最后由五位數(shù)碼顯示輸出測量的結果，能滿足高等院校等教學科研單位傳感器實驗的實驗教學和演示的要求。
[0007]磁致位移傳感體膨脹測量儀，由體膨脹測量儀主機和外部的體膨脹測量實驗架組成，體膨脹測量儀主機上設置有五位數(shù)顯的位移表和四位數(shù)顯的溫度表、電源指示燈、電源開關、位移信號輸入端口、溫度信號輸入端口、溫度調節(jié)按鍵、加熱按鍵、進水和出水口及功能選擇開關；體膨脹測量儀主機內部具有微處理器主控單元、A/D電路、驅動與顯示電路、控制電路、加熱與循環(huán)模塊。
[0008]本測量儀的體膨脹測量實驗架上安裝有磁致位移傳感器、溫度傳感器和玻璃雙層水浴加熱圓筒。
[0009]體膨脹測量實驗架上的磁致位移傳感器和溫度傳感器與測量儀主機內的A/D電路、微處理器主控單元依次相接；其測量儀主機內的驅動與顯示電路與微處理器主控單元相接；其微處理器主控單元、控制電路、加熱與循環(huán)模塊依次相接。
[0010]本測量儀主機內設置有微處理器主控單元，其中的微處理器芯片采用TMS320LF2407A, TMS320LF2407A是TI公司推出的微處理器，采用了高性能靜態(tài)CMOS技術，使得供電電壓降為3.3V，減小了功耗，具有40MIPS的執(zhí)行速度，從而提高了控制器的實時控制能力；集成了 32K字的閃存、2.5K的RAM、具有500ns的A/D轉換器，提供了 PWM接口和I/O功能。
[0011]本測量儀利用微處理器對位移傳感器和溫度傳感器的采集數(shù)據(jù)進行處理，同時還經(jīng)過PID算法處理控制PWM輸出，該輸出進行功率放大后控制加熱模塊，具有溫度調節(jié)速度快、精度高的特點，測量結果經(jīng)驅動后由數(shù)碼顯示輸出。
[0012]本測量儀的位移信號輸入端口和溫度信號輸入端口都采用五芯航空插座。通過五芯航空插座和信號連接電纜連接體膨脹測量儀主機和體膨脹實驗架上的位移傳感器和溫度傳感器。
[0013]本測量儀的體膨脹測量實驗架所用的是可調節(jié)高度的支撐腳，測量實驗架的臺面上具有水平泡，可通過支撐腳和水平泡來調節(jié)臺面水平。
【附圖說明】
[0014]圖1是體膨脹測量儀主機外觀圖，其中的I是四位數(shù)顯溫度表，2是五位數(shù)顯位移表，3是電源指示燈，4是電源開關、5是位移信號輸入端口，6是溫度信號輸入端口，7是溫度調節(jié)按鍵，8是加熱按鍵，9是進水口、10是出水口，11是功能選擇開關。
[0015]圖2是體膨脹測量實驗架外觀圖，其中的12是溫度信號線，13是磁致位移傳感器，14是位移信號線，15是出水管，16是體膨脹測量實驗架支架，17是出水管，18是信號電纜，19是可調節(jié)支撐腳，20是水平泡，21是溫度傳感器，22是玻璃雙層水浴加熱圓筒，23是波導管，24是磁環(huán)浮子。
[0016]圖3是電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖，下面進一步對本實用新型的應用和電路做出說明。
[0018]磁致位移傳感器具有精度高、重復性好、穩(wěn)定可靠、非接觸式測量、環(huán)境適應性強等特點。它的輸出信號是一個絕對位置輸出，而不是比例的或需要再放大處理的信號，所以不存在信號漂移或變值的情況，具有高可靠性，與其它液位測量方式相比有明顯的優(yōu)勢，可對各種液位進行計量和控制。作為位移傳感器，它不但可以測量運動物體的直線位移，而且還可同時給出運動物體的速度模擬信號。
[0019]磁致位移傳感器利用磁致伸縮效應工作，移動的磁環(huán)在波導管中產生軸向磁場，沿著波導絲傳播的脈沖遇到磁環(huán)的軸向磁場時形成螺旋型磁場，導致波導絲產生扭曲形變，從而激發(fā)扭轉彈性波，彈性波以恒定的超聲波速向波導管兩端傳播，超聲波被回波接收裝置接收轉化為電脈沖。因為超聲波在波導管中是以恒速傳播的，所以只要測出脈沖發(fā)射與脈沖接收之間的時間間隔乘以波速，即可得到磁環(huán)的位置，從而實現(xiàn)位置的測量。這個過程是連續(xù)不斷的，所以每當磁環(huán)移動時，新的位置就會被測出來。
[0020]本測量儀的磁致直線位移傳感器采用美國MTS的LHMD600M06501A0型磁致直線位移傳感器，具有高速度、高可靠性，輸出精度標準為5 μπι，它具有Μ18Χ1.5型螺紋，公制D60插頭，同時行程可達650mm，輸出電流為4_20mA。
[0021]使用時，在玻璃雙層水浴加熱圓筒的內筒中裝入一定量的待測液體，內筒的截面積已知，也可讓學生去測量。
[0022]為了達了更高的測量精度，本測量儀采用的溫度傳感器模塊為AD590和0P07，AD590具有較高的精度和重復性，其良好的非線性可使測量精度優(yōu)于0.1OCo高精度運算放大器0P07則將信號進行放大，便于A/D轉換，提高溫度控制電路的可靠性。
[0023]本測量儀將溫度傳感器測得的模擬信號經(jīng)過A/D電路后，輸出給ADC，ADC采樣后送給微處理器，微處理器對采集到的實時溫度與要求控制的參考溫度相比較，進行計算得出控制量去控制PWM，PWM的輸出決定了熱電模塊的加熱功率。
[0024]本測量儀通過耐熱軟管連接測量實驗架上的中空金屬管與體膨脹測量儀主機上的進水口與出水口，使加熱水由主機內的加熱與循環(huán)模塊中的加熱水池經(jīng)出水口、玻璃雙層水浴加熱圓筒、進水口，又回到加熱水池，完成加熱水的循環(huán)。在實驗時，通過加熱開關，開啟加熱模式，并通過主機上的溫度調節(jié)按鍵，進行溫度的設定和調節(jié)，并結合功能選擇開關，完成設定溫度和測量溫度的顯示，當溫度逐步升高時，逐次測量得到液體體積的變化，同時當升溫到設定的最高溫度時，停止加熱，并在溫度慢慢下降的過程中，再次逐次測量并記錄液體體積的變化。
[0025]本磁致位移傳感體膨脹測量儀結構合理，操作方便，教學效果好，適合于大專院校的物理學、傳感器、電磁學等課程的教學實驗和演示。
【主權項】
1.一種磁致位移傳感體膨脹測量儀，其特征是:由體膨脹測量儀主機和外部的體膨脹測量實驗架組成，體膨脹測量儀主機上設置有五位數(shù)顯的位移表(2)和四位數(shù)顯的溫度表(I)、電源指示燈(3)、電源開關(4)、位移信號輸入端口(5)、溫度信號輸入端口 ￠)、溫度調節(jié)按鍵(7)、加熱按鍵(8)、進水和出水端口(9、10)及功能選擇開關(11);體膨脹測量儀主機內部具有微處理器主控單元、A/D電路、驅動與顯示電路、控制電路、加熱與循環(huán)模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁致位移傳感體膨脹測量儀，其特征是:其體膨脹測量實驗架上安裝有磁致位移傳感器(13)、溫度傳感器(21)和玻璃雙層水浴加熱圓筒(22)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的磁致位移傳感體膨脹測量儀，其特征是:其體膨脹測量實驗架上的磁致位移傳感器和溫度傳感器與測量儀主機內的A/D電路、微處理器主控單元依次相接；其測量儀主機內的驅動與顯示電路與微處理器主控單元相接；其微處理器主控單元、控制電路、加熱與循環(huán)模塊依次相接。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁致位移傳感體膨脹測量儀，其特征是:其體膨脹測量儀主機上的位移信號輸入端口(5)和溫度信號輸入端口(6)都采用五芯航空插座。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁致位移傳感體膨脹測量儀，其特征是:其體膨脹測量實驗架所用的是可調節(jié)高度的支撐腳(19)，實驗架的臺面上具有水平泡(20)。
【專利摘要】本實用新型涉及一種磁致位移傳感體膨脹測量儀，由體膨脹測量儀主機和外部的體膨脹測量實驗架組成，體膨脹測量儀主機上設置有五位數(shù)顯的位移表和四位數(shù)顯的溫度表、電源指示燈、電源開關、位移信號輸入端口、溫度信號輸入端口、溫度調節(jié)按鍵、加熱按鍵、進水和出水口及功能選擇開關；體膨脹測量儀主機內部具有微處理器主控單元、A/D電路、驅動與顯示電路、控制電路、加熱與循環(huán)模塊。測量儀通過對待測量液體的水浴加熱及對液面變化的測量，使學生能很好的理解和掌握液體體膨脹系數(shù)及位移傳感器應用。測量儀結構合理，操作方便，教學效果好，適合于大專院校的物理學、傳感器、電磁學等課程的教學實驗和演示。
【IPC分類】G09B23-18
【公開號】CN204423774
【申請?zhí)枴緾N201520107935
【發(fā)明人】汪建, 馮興, 詹永欣, 趙良, 趙凱
【申請人】四川農業(yè)大學, 汪建
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月13日