钢弦传感器 钢弦式传感器

钢弦式传感器

钢弦式传感器利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系测得所需监测的物理量。钢弦式传感器的优点是钢弦频率信号的传输不受导线电阻的影响，测量距离比较远，仪器灵敏度高，稳定性好，容易实现监测自动化。

钢弦式传感器由受力弹性外壳（或膜片）、钢弦、紧固夹头、激振线圈、振荡器和接收线圈等组成。钢弦常用高弹性弹簧钢、马氏不锈钢或钨钢制成，它与传感器受力部件连接固定。它结构简单可靠，传感器的设计、制造、安装和调试都非常方便，而且在钢弦经过热处理之后其蠕变极小，零点稳定。钢弦式传感器所测定的参数主要是钢弦的自振频率，常用钢弦频率计测定，也可用周期测定仪测周期，两者互为倒数。

连续激振型钢弦式传感器结构图

钢弦式仪器是根据钢弦张紧力与谐振频率成单值函数关系设计而成。由于钢弦的自振频率取决于它的长度、钢弦材料的密度和钢弦所受的内应力，其关系式为：

式中f—钢弦自振频率，Hz；F—钢弦所受的张力；m—钢弦质量；l—钢弦有效长度，指钢弦初始夹紧后的长度，m；σ—钢弦的应力，Pa；E—钢弦的弹性模量；Δl—钢弦受力长度伸长量，ρ—钢弦材料密度，kg/m2。

从公式可以看出，当传感器制造成功之后所用的材料和钢弦的有效长度均为不变量。钢弦的自振频率仅与钢弦所受的张力有关，因此，张力可用频率f的关系式来表示，即：

式中：F—张力、位移或压力，取决于所监测的物理量，N、mm或Pa等；K—传感器灵敏系数；fx—张力变化后的钢弦自振频率，Hz；f0—钢弦初始自振频率，Hz；A—修正常数，在实际应用中可设A=0。

从公式可以看出：频率平方与张力一次函数为线性方程。根据仪器结构不同，张力F可以转换为位移、压力、压强、应力、应变等各种物理量。但不同的传感器中钢弦的长度、材料的线性度很难加工得完全一样。因此，修正系数相对每只传感器也都不尽相同，为资料整理时的起始值造成不一致，通常设A=0，使一个工程中的多只传感器起点一致，以方便计算中的数据处理。

钢弦式传感器的激振一般由一个电磁线圈（通常称磁芯）来完成。通过将各类物理量转换为拉（或压）力作用在钢弦上，改变钢弦所受的张力，在磁芯的激发下，使钢弦的自振频率随张力变化而变化。通过测出钢弦自振频率的变化，通过公式即可换算成相应的物理量。

钢弦传感器的激振方式不同，所需电缆的芯数也不同。有单线圈间歇激振型传感器、三线制双线圈钢弦式传感器和二线制双线圈钢弦传感器等，上述三种激振方式也代表了钢弦式传感器的发展过程。

单线圈间歇激振型传感器激振和接受共用一组线圈，结构简单，但由于线圈内阻不可能很大，一般是几十欧姆到几百欧姆，因此传输距离受到一定限制，抗干扰能力比较差，传输电缆要求使用截面较大的屏蔽电缆。

三线制双线圈钢弦式传感器的示意图。它由两个线圈组成，一个线圈为激振线圈，另外一个线圈为接收线圈。当钢弦激振后，由接收线圈将频率传送到二次仪表中，经放大处理，将一部分信号反馈到激发线圈中，使激发频率与接收频率相等，使钢弦处于谐振状态，另一部分信号送到整形、计数、显示电路，测出钢弦振动频率。三线制双线圈钢弦式传感器的性能比单线圈有了很大的改善，但同样存在线圈内阻小，对电缆要求较高的缺点。该类传感器常用三芯或双芯屏蔽电缆。

二线制双线圈钢弦传感器采用了现代电子技术，内阻提高，传输损耗小，传输距离较远，抗干扰增强，因此对电缆要求比较低，一般采用二芯不屏蔽电缆即可。

由于传感器零件的金属材料膨胀系数的不同，造成了温度误差。为了减小这一误差，在零件材料选择上，除尽量考虑达到传感器机械结构自身的热平衡外，还从结构设计和装配技术上不断调整零件的几何尺寸和相对固定位置，以取得最佳的温度补偿结果。实践结果表明，传感器在-10～55℃温度范围内使用时，温度附加误差仅有1.5Hz/10℃。尽管如此，为了得到精确的结果，钢弦式传感器的温度补偿十分必要。通常温度补偿方法有两种：一种方法是利用电磁线圈铜导线的电阻值随温度变化的特性进行温度测量；另一种方法是在传感器内设置可兼测温度的元件。用当前温度测值与初始温度测值之间的温差乘相应的温度修正系数后，可得到相应监测量的修正值。

这是对钢弦传感器的简要介绍，希望对你有所帮助。

基康仪器申请振弦传感器同步激励专利，使振弦传感器钢弦在几毫秒内快速起振并处于持续振动状态

金融界2024年6月18日消息，天眼查知识产权信息显示，基康仪器股份有限公司申请一项名为“一种振弦传感器的同步激励方法、系统、设备及存储介质“，公开号CN202410476759.0，申请日期为2024年4月。

专利摘要显示，一种振弦传感器的同步激励方法、系统、设备及存储介质，涉及振弦传感器领域。在该方法中，获取振弦信号第一频率对应的第一传输延时和第二频率对应的第二传输延时，根据第一传输延时和第二传输延时拟合得到相位延时函数；通过预设脉冲对振弦传感器进行初步激励获取振弦信号目标频率，将振弦信号目标频率代入相位延时函数中得到相位延迟时间；在振弦信号正半周期注入脉冲宽度对应的正电流，在负半周期注入脉冲宽度对应的负电流；当满足条件时通过正半周期相位同步激励和负半周期相位同步激励对振弦传感器进行同步激励。实施本申请提供的技术方案，达到了使振弦传感器钢弦在几毫秒内快速起振并处于持续振动状态的效果。

本文源自金融界

相关问答

[回答]经精工研磨,其圆度误差和间隙极小,工作介质采用低黏度的癸二酸脂,因而极大的提高活塞转动延续时间,也就相应减小活塞下降速度,提高活塞鉴...出于检...

[回答]介绍以下种常见的工业用压力计:液柱式压力计、弹性式压力计、电接点式压力仪表、电容式压力传感器、应变式压力传感器。液柱式压力计液柱式压力计是...

⭕️我教你怎样加大二胡音量!这道题已过去好长时间,关心二胡的朋友涌跃分享自己的经验,但始终困扰大家的是一个如何加大二胡音量?我这里还有一个科学的解释...

[回答]悬吊梁顶部钢筋不是从另一方向的梁顶部钢筋下面通过,与它相邻的跨的上部钢筋是一体的或在一个平面上。悬吊梁顶部钢筋是直接摆在最上面一层。见钢筋...