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振筒式传感器

/vibrating cylinder sensor/
条目作者张玉忠撰李颖修订
条目作者张玉忠撰

张玉忠撰

李颖修订

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最后更新 2022-01-26
浏览 162
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以振动的金属薄壁圆筒为谐振敏感元件,将被测量转换成谐振筒谐振频率的传感器。

英文名称
vibrating cylinder sensor
所属学科
仪器科学与技术

振筒的几何结构参数、材料的弹性模量、筒的应力和周围介质的性质决定了振筒的固有振动频率。被测量的变化使得振筒的某一物理特性被改变,从而改变了振筒的等效刚度和密度,引起谐振频率的变化,通过测量筒的谐振频率即可达到测量被测量的目的。振筒式传感器主要分为振筒式密度传感器、振筒式压力传感器。

振筒式密度传感器中,筒内靠近筒壁的介质(如气体)和筒一起组成有效振动质量。当介质密度发生变化时,等效振动质量也发生变化,从而使筒振动的固有频率发生变化。在测量电路中对所测信号的非线性进行校正后,可使测量精度达0.01%FS。振筒是采用低温度系数的铁镍合金材料,经冷挤压和热处理等特殊工艺加工制成的薄壁管,它的两端用固定块固定。激振器、振筒、拾振器和放大振荡电路构成一个反馈振荡系统。如图1所示。

工作时,对由磁铁线圈构成的激振器通以交变电流,磁性振筒在交变磁场的激励下起振,而拾振器则完成相反的电磁感应过程,将筒的振动信号反馈到振荡电路。由于振筒具有高品质因数,整个振荡系统以振筒的固有频率振动。当被测介质流过振筒内时,振筒的等效振动质量增加,使振动频率发生变化,测量电路就可取出与介质密度成一定关系的频率信号。

为改善固定块随筒一起振动而产生的频率不稳定性,常采用双筒式结构,使双筒的振动频率相同而振动方向相反。这种结构不会引起固定块振动,从而提高了振动频率的稳定性。

图1 振筒式密度传感器原理图图1 振筒式密度传感器原理图

振筒式压力传感器中,筒内气体压力的变化引起筒应力变化,从而改变了筒的振动频率。振筒的一端固定于底座,另一端密闭为自由端。如图2所示。外壳与振筒之间为真空以作为压力参考。振筒等效为二阶强迫振动系统,有很高的品质因数。激振线圈和拾振线圈通过振筒耦合,与放大电路一起组成正反馈振荡电路。

图2 振筒式压力传感器原理图图2 振筒式压力传感器原理图

振筒式传感器已经发展到较高水平,具有迟滞和漂移误差极小、稳定性好、分辨率高等优点。主要用于测量气体压力和密度等。振筒式压力传感器的精度优于0.02%FS。

  • 袁希光.传感器技术手册.北京:国防工业出版社,1986.

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