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技術專訪第二十一期 | 磁緻伸縮位移傳感器的原理、選型及應用 ... ... ...

2019-7-15 12:03

近日,52監測網小編有幸邀請到了武漢康宇通達測控儀表有限公司總經理馮建武馮總做我們的技術專訪嘉賓。


編前語

近日,52監測網小編有幸邀請到了武漢康宇通達測控儀表有限公司總經理馮建武馮總做我們的技術專訪嘉賓。
馮總,從事儀器儀表行業20年,有着豐富的項目經驗。參與長慶油田儲油罐磁緻伸縮液位傳感器試用并結合現場情況不斷完善産品,解決現場出現的各種情況,與油田技術人員探讨技術問題,解答使用過程中的疑惑并培訓現場儀表工程師;參與武漢陽邏長江大橋、武漢天興洲公鐵長江大橋、武漢白沙洲長江大橋等橋梁的健康監測工作,現場安裝調試磁緻伸縮位移傳感器、壓力傳感器、傾角傳感器等;參與東風商用車技術中心油庫的液位計安裝及控制系統的聯調;參與長委水文局關于雨量蒸發系統磁緻伸縮液位傳感器的設計選型、現場測試;參與長委空間公司、長委岩土所監測邊坡的位移傳感器設計選型及現場測試;參與長江科學院工程所建築物沉降監測中位移傳感器設計選型及現場調試;參與石油煉化廠加氫裝置節能系統中位移傳感器和壓力傳感器的設計選型。
下面我們就一起來看看馮總的技術分享。

Q1:請您簡單介紹一下磁緻伸縮位移傳感器的原理及特點?

磁緻伸縮傳感器(簡稱“磁尺”)是應用磁緻伸縮原理研制而成,達到計量級精度的新一代精确測量“位移/液位”的傳感器。
磁尺輸出是真正的絕對位置,不需要定期重新标定和維護,測量過程中更無須重歸回零位。磁尺因其特有的優點,已在國內工控領域得到越來越廣泛的應用。
康宇公司自1997年從美國引進整套技術和生産線,成為國内生産磁尺的第一廠家,并成為美國Schaevitz公司唯一OEM生産合作夥伴。


随着國内傳感器需求市場的擴大,康宇公司通過對磁尺的不斷開發、改進,運用先進的數字電路技術,成功自主開發出新一代的數字輸出磁尺産品,為不同領域的客戶提供了更完美的解決方案。
時至今日,康宇品牌已成為國内傳感器行業的代表品牌之一,康宇公司生産的磁尺産品已被廣泛應用于國内外要求精确測量的設備和配套系統之中。

位置量的測量原理

磁緻伸縮位移傳感器主要由波導絲、測杆、電子倉和套在測杆上的非接觸磁環或浮球(内裝有永久磁鐵)組成。當傳感器工作時,電子倉内的電子電路産生一“起始脈沖”,此起始脈沖沿磁緻伸縮線(波導絲)以恒速傳輸,同時産生一個沿着波導絲跟随脈沖前進的旋轉磁場,當該磁場與定位裝置中的永久磁場相遇時,産生磁緻伸縮效應,使波導絲發生扭動。這一扭動被安裝在電子倉内的信号處理機構感知并轉換成相應的“終止脈沖”,通過計算“起始脈沖與相應“終止脈沖”之間的時間差,即可精确測出其位移量。


産品特點

非接觸式測量,使用壽命長
高精度、高重複性測量
絕對量輸出,重啟無須重歸零位
多種輸出信号可選,性能穩定可靠
不需定期标定和維護
安裝方式靈活、簡便

Q2:磁緻伸縮位移傳感器針對不同的應用場景如何選擇,有哪些注意事項呢?

因為磁緻伸縮位移傳感器應用的行業比較多,下面我就以橋梁監測來舉例。
我國的橋梁面臨着與國際上衆多國家的橋梁同樣的問題,就是有一大批橋梁已進入“老齡”階段,一些橋早已出現各種“病害”,卻常年帶“病”運營,潛伏着巨大的安全隐患。
為提高橋梁管理水平,必須重視橋梁檢測,了解橋梁檢測的工作程序、檢測項目及檢測方法,為了更準确判斷橋梁實際工作狀況,為橋梁加固或大修提供依據,在橋梁外觀病害檢查的基礎上,則有必要進行深一步的橋梁結構材料的檢測和荷載試驗。
很多橋梁早已安裝了一套“橋梁健康監測”的系統裝置來檢測橋梁的各項性能指标。其中磁緻伸縮位移傳感器廣泛應用在監測橋梁垂直震動中和橋梁伸縮縫監測中。而磁緻伸縮位移傳感器有着多種方式的輸出信号、多種範圍的量程及不同的防護等級,用戶需要根據監測要求來選擇合适的産品,下面我就從以上三個方面簡單談一下。

磁緻伸縮位移傳感器輸出信号的選擇

磁緻伸縮位移傳感器的輸出信号有多種方式,4-20mA、0-5V、Modbus RTU(簡稱RS485);具體選用哪種信号,一是要匹配橋梁健康監測系統的采集要求,二是要匹配現場控制系統采集設備的要求。比如在武漢陽邏長江大橋上安裝的磁緻伸縮位移傳感器,選用的就是RS485信号;鄂東長江大橋選用的也是RS485信号,但結合信号采集設備及數據采集的要求,将傳感器的數據發送延時100ms;蕪湖長江大橋安裝的磁緻伸縮位移傳感器選用的是4-20mA。

磁緻伸縮位移傳感器量程範圍的選擇

磁緻伸縮位移傳感器的量程範圍要根據監測要求及橋梁的跨度來确定,是監測橋墩的縱向位移還是監測伸縮縫的水平位移。比如測橋墩的縱向位移,選用的量程一般是1000mm,但也有選用200mm的;測伸縮縫的位移,選用的量程一般是1500mm、2000mm,如果跨度非常大的,則選用4000mm,比如前面提到的鄂東長江大橋,選用的量程是4000mm;荊嶽長江大橋、陽邏長江大橋、白沙洲長江大橋選用的則是2000mm。

上圖為文萊某座跨海大橋,量程1000mm。

上圖為鄂東長江大橋磁緻伸縮位移傳感器安裝。

磁緻伸縮位移傳感器防護等級的選擇

磁緻伸縮位移傳感器的使用壽命與外部環境的關系,外部環境包括現場使用工況,是否是腐蝕性環境;安裝位置的空間大小及工況;人為破壞的可能性。正常來講磁緻伸縮位移傳感器的使用壽命在8-10年,外部環境對傳感器的影響非常大。
比如在跨海大橋上安裝的磁緻伸縮位移傳感器,需要考慮海風吹起的鹽霧、酸霧對傳感器材質的要求,最少應該選用316材質,而且防護等級要達到IP67及以上;條件允許下可以選用更耐腐蝕的钛合金材質,或者在傳感器外圍加上防腐防護。
橋梁伸縮縫位移測量是水平安裝,要避免傳感器測杆被橋上方落下的物體砸彎變形,在陽邏長江大橋上安裝的磁緻伸縮位移傳感器就被橋上落下的物體砸彎了,導緻檢測數據不正常。磁緻伸縮位移傳感器安裝在橋梁上,檢修一次也很不容易,出了問題拆下返回維修更麻煩,特别是長的産品,運輸很不方便,因此傳感器的電子倉采用可拆結構,方便現場維修更換電路闆;
但傳感器又長期的風吹日曬雨淋,因此傳感器安裝接線完成後必須将所有接頭處擰緊,并且再次打開後更換密封圈,确保傳感器的密封性能可靠。
在荊嶽長江大橋上安裝的位移傳感器,當時選型時客戶要求選用直接出線結構,沒有選用可拆接線端子結構,後來傳感器的電纜線被當地農民從出線根部剪斷,現場無法處理,隻能拆下來發回工廠重新接線。
産品太長,現場又找不到包裝發貨,維護人員開的小車又放不了,隻能從車窗伸出帶回市裡發走。這也提醒我們的現場安裝人員,傳感器安裝後一定要做好防護措施,比如将傳感器電子頭罩起來或者用一個盒子保護起來,測杆上方加防護網,電纜線穿管保護等等。

Q3:您能舉一個磁緻伸縮位移傳感器的具體項目應用案例麼?

近幾年大壩安全監測成為中國各級水行政主管部門所面臨的一個迫切需要解決的重大問題,各種科技産品先後被應用與大壩安全監測。下面我就談一談磁緻伸縮位移傳感器在大壩整體位移監測及大壩裂縫監測上的應用吧。

在大壩整體位移監測上的應用
 

如上示意圖,在大壩的兩端各取一個相對大地靜止的參考點,将兩點連接成線構成整個大壩整體位移的參照物。然後通過安裝在大壩的位移傳感器檢測兩者之間的相對位移。具體的現場實施辦法如下圖所示:
 


圖中康宇磁緻伸縮位移傳感器同箱子一起嵌在大壩上,連接大壩兩端山的參考線通過一個管子保護,磁環(特制)安裝在參考線上,參考線通過惰性水等其它措施保持在穩定的狀态。當大壩發生移動,磁環相對測杆移動,傳感器将測得的信号送到控制室。

在大壩裂縫(或稱結合縫)上的監測

 
首先介紹一下大壩的結構,根據建築學的相關原理,大壩由壩柱結合水泥牆的方式構成,其中壩柱的樁打得很深,水泥牆相對很淺。如上圖示意圖所示。
 


随着時間的推移在壩柱與水泥牆之間會由裂縫産生,這就需要監測。在裂縫監測中,磁尺被裝在大壩内的通道裡面(随着大壩的高度不同,通道層數也不同)。一個通道裡面根據實際情況考慮,需在多個點安裝并監測。安裝如下圖所示,磁環和測杆分别固定在壩柱和水泥牆上,當裂縫變化時,傳感器将監測到的信号傳送到控制室。
 

磁尺的安裝位置


由于在大壩監測上的位移量都是很小,且變化都是很平緩的,磁緻伸縮位移傳感器由于其特有的原理在精确度和穩定性方面都很好的滿足了這種測量的要求,故而得以被推廣應用。

Q4:您剛剛提到了磁緻伸縮位移傳感器在橋梁和大壩上的應用,那除了橋梁和大壩,還在哪些行業有應用呢?

磁緻伸縮位移傳感器的應用比較廣泛,像之前東南大學的老師向我們采購定制參數的傳感器,是一個創新應用案例,但是因為技術涉密沒有告訴我們具體的應用方法。
下面我就從我們公司業務所面向的行業說一下吧,也歡迎大家留言補充。


冶金行業:軋鋼、連鑄等液壓AGC控制系統;
水利水電行業:閘門開度同步控制、水輪機調速器導葉開度監測與控制;
機械行業:各種機械設備上的位置定位與位移測量;
注塑機:鎖模油缸及注射台螺杄行程控制;
輪胎硫化機:合模油缸活塞行程控制;
頂管掘進機:糾編油缸活塞位置反饋
木工機械:木材送料位置及電鋸位置反饋等;
鐵路軌道檢測分析儀:鐵軌間距測量;
風力發電:漿距角調節和煞車系統控制;
各種閥門、爐門、開度檢測。
 
Q5:您覺得目前磁緻伸縮位移傳感器的發展還存在哪些問題呢?

磁緻伸縮位移傳感器的應用非常廣泛,目前民用非常成熟,軍用還需繼續創新、完善産品線,研發出更多滿足特殊應用場合的産品;比如微小電子倉尺寸、微磁産品等。
磁緻伸縮傳感器發展日臻完善,與進口産品的差距越來越小,設計人員在選型時應充分了解産品的各項性能指标,提出滿足設計及使用要求的指标,不再拔高産品的技術指标。設計人員也要意識到磁尺在實驗室的理想測試環境、理論技術指标在實際工況中基本達不到。

武漢康宇通達測控儀表有限公司
武漢康宇通達測控儀表有限公司是一家專業從事各種壓力、液位、位移、角度待傳感器及配套儀表研發、生産和代理銷售的高科技企業,公司專注于為各行業的廣大客戶提供測量和控制各種工況下的壓力、液位、位移、角度等參數的最佳解決方案。經過近20年的産品應用和選型指導積累了大量的實際應用經驗,産品已獲得多項質量和安全認證。公司擁有雄厚的技術力量,先進的生産工藝設備,完善的質量管理體系,豐富的産品選型和工程應用經驗,可為廣大客戶提供最恰當的産品和最适合的技術服務。

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