磁致位移传感体膨胀测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种磁致位移传感体膨胀测量仪，属于物理学、力学、电磁学、传感器等相关课程的实验仪器技术领域。
【背景技术】
[0002]位移传感器又称为线性传感器，位移传感器主要是测量物体运动过程中与移动有关的量，位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，它所涉及的范围相当广泛，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量，用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等各种变化。
[0003]磁致位移传感器，是通过内部非接触式的技术方式精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测物体的实际位移值的。由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。同时传感器具有高精度和高可靠性，输出信号为绝对位移值。
[0004]随教学的发展，高校的实验教学不仅要求实验设备能够提供原理性的实验项目，同时也要求能进行进一步量化的创新性实验，培养学生创新的思维和动手能力，另一方面要求实验设备要贴近社会生产实践，为社会培养应用性人才和工程技术人员，而现有的位移测量类传感器实验项目却很少见。
[0005]本测量仪使用了磁致位移传感器，测量仪通过对待测量液体的水浴加热及对液面变化距离的测量，使学生能很好的理解和掌握液体体膨胀系数及位移传感器应用。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型针对现有实验仪器所存在的缺点，提出一种结合了磁致传感器的磁致位移传感体膨胀测量仪，并将位移传感器的测量结果经信号的解调和微处理器处理，最后由五位数码显示输出测量的结果，能满足高等院校等教学科研单位传感器实验的实验教学和演示的要求。
[0007]磁致位移传感体膨胀测量仪，由体膨胀测量仪主机和外部的体膨胀测量实验架组成，体膨胀测量仪主机上设置有五位数显的位移表和四位数显的温度表、电源指示灯、电源开关、位移信号输入端口、温度信号输入端口、温度调节按键、加热按键、进水和出水口及功能选择开关；体膨胀测量仪主机内部具有微处理器主控单元、A/D电路、驱动与显示电路、控制电路、加热与循环模块。
[0008]本测量仪的体膨胀测量实验架上安装有磁致位移传感器、温度传感器和玻璃双层水浴加热圆筒。
[0009]体膨胀测量实验架上的磁致位移传感器和温度传感器与测量仪主机内的A/D电路、微处理器主控单元依次相接；其测量仪主机内的驱动与显示电路与微处理器主控单元相接；其微处理器主控单元、控制电路、加热与循环模块依次相接。
[0010]本测量仪主机内设置有微处理器主控单元，其中的微处理器芯片采用TMS320LF2407A, TMS320LF2407A是TI公司推出的微处理器，采用了高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了功耗，具有40MIPS的执行速度，从而提高了控制器的实时控制能力；集成了 32K字的闪存、2.5K的RAM、具有500ns的A/D转换器，提供了 PWM接口和I/O功能。
[0011]本测量仪利用微处理器对位移传感器和温度传感器的采集数据进行处理，同时还经过PID算法处理控制PWM输出，该输出进行功率放大后控制加热模块，具有温度调节速度快、精度高的特点，测量结果经驱动后由数码显示输出。
[0012]本测量仪的位移信号输入端口和温度信号输入端口都采用五芯航空插座。通过五芯航空插座和信号连接电缆连接体膨胀测量仪主机和体膨胀实验架上的位移传感器和温度传感器。
[0013]本测量仪的体膨胀测量实验架所用的是可调节高度的支撑脚，测量实验架的台面上具有水平泡，可通过支撑脚和水平泡来调节台面水平。
【附图说明】
[0014]图1是体膨胀测量仪主机外观图，其中的I是四位数显温度表，2是五位数显位移表，3是电源指示灯，4是电源开关、5是位移信号输入端口，6是温度信号输入端口，7是温度调节按键，8是加热按键，9是进水口、10是出水口，11是功能选择开关。
[0015]图2是体膨胀测量实验架外观图，其中的12是温度信号线，13是磁致位移传感器，14是位移信号线，15是出水管，16是体膨胀测量实验架支架，17是出水管，18是信号电缆，19是可调节支撑脚，20是水平泡，21是温度传感器，22是玻璃双层水浴加热圆筒，23是波导管，24是磁环浮子。
[0016]图3是电路原理图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图，下面进一步对本实用新型的应用和电路做出说明。
[0018]磁致位移传感器具有精度高、重复性好、稳定可靠、非接触式测量、环境适应性强等特点。它的输出信号是一个绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，具有高可靠性，与其它液位测量方式相比有明显的优势，可对各种液位进行计量和控制。作为位移传感器，它不但可以测量运动物体的直线位移，而且还可同时给出运动物体的速度模拟信号。
[0019]磁致位移传感器利用磁致伸缩效应工作，移动的磁环在波导管中产生轴向磁场，沿着波导丝传播的脉冲遇到磁环的轴向磁场时形成螺旋型磁场，导致波导丝产生扭曲形变，从而激发扭转弹性波，弹性波以恒定的超声波速向波导管两端传播，超声波被回波接收装置接收转化为电脉冲。因为超声波在波导管中是以恒速传播的，所以只要测出脉冲发射与脉冲接收之间的时间间隔乘以波速，即可得到磁环的位置，从而实现位置的测量。这个过程是连续不断的，所以每当磁环移动时，新的位置就会被测出来。
[0020]本测量仪的磁致直线位移传感器采用美国MTS的LHMD600M06501A0型磁致直线位移传感器，具有高速度、高可靠性，输出精度标准为5 μπι，它具有Μ18Χ1.5型螺纹，公制D60插头，同时行程可达650mm，输出电流为4_20mA。
[0021]使用时，在玻璃双层水浴加热圆筒的内筒中装入一定量的待测液体，内筒的截面积已知，也可让学生去测量。
[0022]为了达了更高的测量精度，本测量仪采用的温度传感器模块为AD590和0P07，AD590具有较高的精度和重复性，其良好的非线性可使测量精度优于0.1OCo高精度运算放大器0P07则将信号进行放大，便于A/D转换，提高温度控制电路的可靠性。
[0023]本测量仪将温度传感器测得的模拟信号经过A/D电路后，输出给ADC，ADC采样后送给微处理器，微处理器对采集到的实时温度与要求控制的参考温度相比较，进行计算得出控制量去控制PWM，PWM的输出决定了热电模块的加热功率。
[0024]本测量仪通过耐热软管连接测量实验架上的中空金属管与体膨胀测量仪主机上的进水口与出水口，使加热水由主机内的加热与循环模块中的加热水池经出水口、玻璃双层水浴加热圆筒、进水口，又回到加热水池，完成加热水的循环。在实验时，通过加热开关，开启加热模式，并通过主机上的温度调节按键，进行温度的设定和调节，并结合功能选择开关，完成设定温度和测量温度的显示，当温度逐步升高时，逐次测量得到液体体积的变化，同时当升温到设定的最高温度时，停止加热，并在温度慢慢下降的过程中，再次逐次测量并记录液体体积的变化。
[0025]本磁致位移传感体膨胀测量仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、传感器、电磁学等课程的教学实验和演示。
【主权项】
1.一种磁致位移传感体膨胀测量仪，其特征是:由体膨胀测量仪主机和外部的体膨胀测量实验架组成，体膨胀测量仪主机上设置有五位数显的位移表(2)和四位数显的温度表(I)、电源指示灯(3)、电源开关(4)、位移信号输入端口(5)、温度信号输入端口 ￠)、温度调节按键(7)、加热按键(8)、进水和出水端口(9、10)及功能选择开关(11);体膨胀测量仪主机内部具有微处理器主控单元、A/D电路、驱动与显示电路、控制电路、加热与循环模块。
2.根据权利要求1所述的磁致位移传感体膨胀测量仪，其特征是:其体膨胀测量实验架上安装有磁致位移传感器(13)、温度传感器(21)和玻璃双层水浴加热圆筒(22)。
3.根据权利要求1或2所述的磁致位移传感体膨胀测量仪，其特征是:其体膨胀测量实验架上的磁致位移传感器和温度传感器与测量仪主机内的A/D电路、微处理器主控单元依次相接；其测量仪主机内的驱动与显示电路与微处理器主控单元相接；其微处理器主控单元、控制电路、加热与循环模块依次相接。
4.根据权利要求1所述的磁致位移传感体膨胀测量仪，其特征是:其体膨胀测量仪主机上的位移信号输入端口(5)和温度信号输入端口(6)都采用五芯航空插座。
5.根据权利要求1所述的磁致位移传感体膨胀测量仪，其特征是:其体膨胀测量实验架所用的是可调节高度的支撑脚(19)，实验架的台面上具有水平泡(20)。
【专利摘要】本实用新型涉及一种磁致位移传感体膨胀测量仪，由体膨胀测量仪主机和外部的体膨胀测量实验架组成，体膨胀测量仪主机上设置有五位数显的位移表和四位数显的温度表、电源指示灯、电源开关、位移信号输入端口、温度信号输入端口、温度调节按键、加热按键、进水和出水口及功能选择开关；体膨胀测量仪主机内部具有微处理器主控单元、A/D电路、驱动与显示电路、控制电路、加热与循环模块。测量仪通过对待测量液体的水浴加热及对液面变化的测量，使学生能很好的理解和掌握液体体膨胀系数及位移传感器应用。测量仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、传感器、电磁学等课程的教学实验和演示。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204423774
【申请号】CN201520107935
【发明人】汪建, 冯兴, 詹永欣, 赵良, 赵凯
【申请人】四川农业大学, 汪建
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月13日