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種類(lèi)粗分:?jiǎn)屋S的和雙軸兩種
選擇依據:根據你需要測量幾個(gè)方向的傾角,如果是一個(gè)就用單軸的,如果是兩個(gè)方向的(俯仰和橫滾)就選用雙軸的。
固體擺在設計中廣泛采用力平衡式伺服系統,如圖1所示,其由擺錘、擺線(xiàn)、支架組成, 擺錘受重力G和擺拉力T的作用,其合外力F為:(1)
其中,θ為擺線(xiàn)與垂直方向的夾角。在小角度范圍內測量時(shí),可以認為F與θ成線(xiàn)性關(guān)系。如應變式傾角傳感器就基于此原理。[1]
液體擺的結構原理是在玻璃殼體內裝有導電液,并有三根鉑電極和外部相連接,三根電極相互平行且間距相等,如圖2所示。當殼體水平時(shí),電極插入導電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時(shí),電極之間會(huì )形成離子電流,兩根電極之間的液體相當于兩個(gè)電阻RI和RIII。若液體擺水平時(shí),則RI=RIII。當玻璃殼體傾斜時(shí),電極間的導電液不相等,三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化,但中間電極浸入深度基本保持不變。如圖3所示,左邊電極浸入深度小,則導電液減少,導電的離子數減少,電阻RI增大,相對極則導電液增加,導電的離子數增加,而使電阻RIII 減少,即RI>RIII。反之,若傾斜方向相反,則RI<RIII。
在液體擺的應用中也有根據液體位置變化引起應變片的變化,從而引起輸出電信號變化而感知傾角的變化。在實(shí)用中除此類(lèi)型外,還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡,當裝置傾斜時(shí)氣泡會(huì )運動(dòng)使電容發(fā)生變化而感應出傾角的“液體擺”。
氣體在受熱時(shí)受到浮升力的作用,如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣,熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上,因此也具有擺的特性!皻怏w擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線(xiàn)組成。當腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時(shí),熱線(xiàn)的阻值發(fā)生變化,并且熱線(xiàn)阻值的變化是角度q或加速度的函數,因而也具有擺的效應。其中熱線(xiàn)阻值的變化是氣體與熱線(xiàn)之間的能量交換引起的。
“氣體擺”式慣性器件的敏感機理基于密閉腔體中的能量傳遞,在密閉腔體中有氣體和熱線(xiàn),熱線(xiàn)是唯一的熱源。當裝置通電時(shí),對氣體加熱。在熱線(xiàn)能量交換中對流是主要形式。
氣體擺式檢測器件的核心敏感元件為熱線(xiàn)。電流流過(guò)熱線(xiàn),熱線(xiàn)產(chǎn)生熱量,使熱線(xiàn)保持一定的溫度。熱線(xiàn)的溫度高于它周?chē)鷼怏w的溫度,動(dòng)能增加,所以氣體向上流動(dòng)。在平衡狀態(tài)時(shí),如圖4(a)所示,熱線(xiàn)處于同一水平面上,上升氣流穿過(guò)它們的速度相同,即V1=V1′,這時(shí),氣流對熱線(xiàn)的影響相同,由式(7)可知,流過(guò)熱線(xiàn)的電流也相同,電橋平衡。當密閉腔體傾斜時(shí),熱線(xiàn)相對水平面的高度發(fā)生了變化,如圖4(b)所示,因為密閉腔體中氣體的流動(dòng)是連續的,所以熱氣流在向上運動(dòng)的過(guò)程中,依次經(jīng)過(guò)下部和上部的熱線(xiàn)。若忽略氣體上升過(guò)程中克服重力的能量損失,則穿過(guò)上部熱線(xiàn)的氣流已經(jīng)與下部熱線(xiàn)的產(chǎn)生熱交換,使穿過(guò)兩根熱線(xiàn)時(shí)的氣流速度不同,這時(shí)V2¢>V2,因此流過(guò)兩根熱線(xiàn)的電流也會(huì )發(fā)生相應的變化,所以電橋失去平衡,輸出一個(gè)電信號。傾斜角度不同,輸出的電信號也不同。
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