【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濃度； q——電子電量； I ——通過(guò)的電流； B——垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度； d——導(dǎo)體的厚度。(a)是兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的直流磁路系統(tǒng)共同形成一個(gè)沿x 軸的梯度磁場(chǎng)。為使磁隙中的磁場(chǎng)得到較好的線性分布，在磁極端面裝有特殊形式的極靴。用它制作的位移傳感器靈敏度很高?；魻柶糜趦蓚€(gè)磁場(chǎng)中，細(xì)心調(diào)整它的初始位置，即可使初始狀態(tài)的霍爾電勢(shì)為零。它的位移量較小，適于測(cè)量微位移和機(jī)械振動(dòng)等。當(dāng)霍爾元件通以恒定電流時(shí)，在其垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上就有霍爾電勢(shì)輸出?；魻栐谔荻却艌?chǎng)中上、下移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢(shì)V取決于其在磁場(chǎng)中的位移量x。測(cè)得霍爾電勢(shì)的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。 霍爾傳感器工作原理圖當(dāng)霍爾元件通以恒定的電流時(shí)，霍爾電壓僅與元件所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)，而梯度磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)沿垂直的x 方向上磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的梯度dB/dx為一常數(shù)，因此當(dāng)霍爾元件上、下移動(dòng)時(shí)，霍爾電壓隨之的變化量為 ()式中，K為常數(shù)，是霍爾式位移傳感器的靈敏度將上式積分得: ()即在一定的范圍內(nèi)霍爾電壓與位移量x成線性關(guān)系，(b)所示，由式子可知，磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度就越高，沿霍爾元件移動(dòng)方向上的磁場(chǎng)梯度越均勻，霍爾電勢(shì)與位移的線性度就越好。 位移傳感器外形構(gòu)造對(duì)于半導(dǎo)體和鐵磁金屬，采用的位移傳感器的工作原理如下。如圖：后端蓋外套2和前端蓋4采用不銹鋼材料，構(gòu)成傳感器堅(jiān)固的外殼，同時(shí)有效防止內(nèi)部磁鋼10的磁擴(kuò)散。磁鋼10安裝在測(cè)量桿5后端的空腔內(nèi)。測(cè)量桿5和銅內(nèi)套3通過(guò)螺紋連接在一起，用銅內(nèi)套3來(lái)有效防止外圍強(qiáng)電磁干擾。彈簧9的前端安裝在測(cè)量桿5與銅內(nèi)套3形成的環(huán)狀空間里，后端頂著后端蓋1，使指測(cè)量桿5具有自復(fù)位功能。測(cè)量桿5的前端安裝鋼珠7，一方面有效防止測(cè)量桿5運(yùn)動(dòng)卡死，另一方面閘瓦的徑向運(yùn)動(dòng)也不會(huì)造成測(cè)量桿彎曲變形。定位銷(xiāo)11和銅內(nèi)套3外表面凹槽配合，防止測(cè)量桿5自由轉(zhuǎn)動(dòng)?；魻栐捌潆娐钒?也安裝在后端蓋1上，電路板引線通過(guò)航空插頭12引出。 位移傳感器結(jié)構(gòu)圖 通過(guò)測(cè)量桿在彈簧的作用下緊頂著閘瓦座，隨著閘瓦座一起移動(dòng)，測(cè)量桿后端的內(nèi)腔里設(shè)有磁鋼，磁鋼就隨著測(cè)量桿一起移動(dòng)。傳感器的底端放置一個(gè)霍爾元件，當(dāng)磁鋼隨著測(cè)量桿移動(dòng)時(shí)，作用在霍爾元件上的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化正比于位移的變化，通過(guò)檢測(cè)該磁場(chǎng)強(qiáng)度變化就得到了位移量。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。 油壓傳感器外形構(gòu)造該傳感器安裝在制動(dòng)油壓站的油路出口處。陶瓷壓力傳感器具有卓越的抗腐蝕性、高穩(wěn)定性和高精度。由于它的固有頻率和堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，使該變送器經(jīng)得起強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)。此系統(tǒng)采用的是KGY50型壓力變送器。抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞作用，被測(cè)介質(zhì)直接作用在測(cè)量膜片上，故測(cè)量壓力比較穩(wěn)定。壓敏電阻被印刷在陶瓷膜片的背面連接成惠斯登電橋。壓力加在測(cè)量膜片上，使膜片產(chǎn)生微小的變形，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋輸出一個(gè)與壓力成正比的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)放大、電壓與電流的變換后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)輸出。 油壓傳感器結(jié)構(gòu)圖 油壓傳感器工作原理 當(dāng)應(yīng)變片受到壓力的作用是一對(duì)橋臂的電阻值增大,另一對(duì)橋臂的電阻值減少，電阻變化量與壓力成正比，即,電橋輸出電壓,即電橋輸出電壓與壓力P成正比。 惠斯頓電橋電路 ，該電路是典型的儀表放大電路，三個(gè)運(yùn)算放大器組成，它具有高差模增益和高共模抑制比，而且輸入阻抗高，可以調(diào)整電路的偏置。電路的差模放大主要由OP071完成，OP072用來(lái)防止運(yùn)放的反饋電路流入傳感器的負(fù)端。傳感的共模電壓變化，腳之間的電壓之差為零。OP071該電壓由OP073完成二次放大，的輸出電壓隨壓力傳感器2腳和4腳改變電壓放大倍數(shù)，輸出電壓與壓力傳感器輸出關(guān)系式:。 壓力傳感器輸出放大電路圖 模擬量采集傳輸電路 模擬量采集模塊的作用是將傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)的電流或是電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485的傳輸模式傳輸?shù)娇刂破髦?。其作用相?dāng)于PLC的模擬量擴(kuò)展模塊。模擬量通過(guò)輸入12通道信號(hào)變換多路器、PGA濾波電路、16位A/D轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入微控制器內(nèi)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485傳輸。模擬量采集模塊采用EDA9015模擬量采集模塊。 模擬量采集模塊的工作原理 模擬量采集模塊的內(nèi)部電路 傳感器輸出的模擬量經(jīng)過(guò)輸入接口輸入，其輸入的接口電路為如圖所示。 輸入接口電路輸入的模擬量經(jīng)過(guò)PGA電路、濾波電路、16位A/D轉(zhuǎn)換電路，最后送入微控制器轉(zhuǎn)換成RS485傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)隔離通訊電路接到RS485接口。 模擬量采集模塊的PGA電路 用可編程增益放大器（PGA）處理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中傳感器/變送器模擬輸出和信號(hào)處理數(shù)字世界之間的接口。單片和高集成度PGA現(xiàn)在被可編程、更高精度、更高吞吐量和更小封裝尺寸的模塊和混合方案替代。由于來(lái)自傳感器/變送器的模擬信號(hào)的本性,使其工作必須具備相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍。這要求采用連續(xù)增益級(jí)在進(jìn)行任何實(shí)際的數(shù)字處理之前增大這些信號(hào),PGA能滿足這種要求。PGA是可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）的子集。VGA提供可變和連續(xù)增益控制,而PGA必須在軟件控制下以因定步（通常6dB步）做到可變?cè)鲆婵刂啤? 一種簡(jiǎn)單的PGA電路一般多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用很多不同類(lèi)型的傳感器/變送器,這包括熱電偶、惠斯登電橋,熱敏電阻、應(yīng)變計(jì)和超聲系統(tǒng)。雖然,使感器/變送器是基于不同的物理原理,但大多數(shù)產(chǎn)品是以電壓作為輸出。甚至這會(huì)產(chǎn)生中間值（如電容或電阻）,但最終變換為電壓,以便在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步處理（圖1）。傳感器/變送器的輸出可覆蓋非常大的范圍,需要PGA來(lái)處理傳感器/變送器輸出到ADC的接口。例如,在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中,低頻信號(hào)可以幾毫伏到幾伏變化。需要PGA來(lái)匹配這種寬傳感器/變送器輸出范圍到末門(mén)的ADC輸入范圍。通常,在輸入數(shù)據(jù)采集通道最低信號(hào)電平與最高信號(hào)電平之比是2個(gè)量級(jí)或更大。另外,后面ADC的分辨率將不被完全利用。PGA可做更多事情。PGA緩沖來(lái)自等級(jí)（通常是多路轉(zhuǎn)換器）ADC的輸入,防止多路轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通電阻所引起的加載。PGA也提供差分別單端的變換,大多數(shù)跟蹤和保持型ADC需要單輸入。把PGA連接到差分多路轉(zhuǎn)換器輸出時(shí),PGA提供共模抑制。 模擬量采集模塊的濾波電路 為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲(chǔ)能作用的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路來(lái)濾除整流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得直流電壓。常用的濾波電有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類(lèi)。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱(chēng)作電子濾波器。直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。脈動(dòng)系數(shù)(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的直流分量。 LCπ型濾波電路 采集模塊的16位A/D轉(zhuǎn)換電路MAX1116是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的逐次逼近型16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,該芯片片內(nèi)除集成了逐次逼近型ADC所必須的逐次逼近寄存器SAR、高精度比較器和控制邏輯外,還集成了時(shí)鐘、。MAX1166有20個(gè)引腳，其引腳大約分成三類(lèi)： MAX1116芯片圖第一類(lèi)是電源類(lèi)。其中,。而數(shù)字地和模擬地、通常共地。 第二類(lèi)為模數(shù)信號(hào)類(lèi)。其中,為模擬信號(hào)輸入端。/～/為數(shù)字量并行輸出口。 第三類(lèi)是控制信號(hào)類(lèi)。其中輸入為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)端。R/C（輸入）為讀取結(jié)果A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換控制端。（輸出）用于指示轉(zhuǎn)換結(jié)束。HBEN輸入用來(lái)控制從總線讀出的數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)還是低字節(jié)。REFADJ為參考電源選擇端,。而當(dāng)其直接與模擬電源相接時(shí)選擇外部參考電源模式。REF為參考電源輸入/輸出端,。MAX1166的轉(zhuǎn)換控制時(shí)序 ：MAX1166的一次轉(zhuǎn)換過(guò)程可分為三個(gè)階段,即轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備階段、模數(shù)轉(zhuǎn)換階段和轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出階段。具體工作過(guò)程如下： MAX1116轉(zhuǎn)換時(shí)序圖首先將R/C管腳置低電平,然后在腳輸入脈沖信號(hào), MAX1166會(huì)在的第一個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿進(jìn)入工作狀態(tài)。并在的第二個(gè)脈沖信號(hào)下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。此脈沖信號(hào)的寬度最小應(yīng)為40ns。轉(zhuǎn)換過(guò)程中,腳為高電平,并在經(jīng)過(guò)約5μｓ轉(zhuǎn)換完成后,腳電平變低以指示轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)腳輸出為低電平時(shí),若將R/C腳置為高電平,系統(tǒng)將在的第三個(gè)脈沖的下降沿把轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中,通過(guò)檢測(cè)腳的輸出電平即可判斷數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)輸出為高電平時(shí),表示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換仍在進(jìn)行,此時(shí)不能讀取數(shù)據(jù)。而當(dāng)輸出為低電平時(shí),表明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束,此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。設(shè)置并行數(shù)據(jù)輸出選擇位HBEN為高電平可讀取數(shù)據(jù)高8位。而設(shè)置HBEN為低電平則可讀取數(shù)據(jù)低8位。MAX1166有兩種工作模式,即穩(wěn)定工作模式和低功耗工作模式可由管腳R/C在第二個(gè)脈沖下降沿的狀態(tài)來(lái)決定選擇哪種工作式,R/C為低電平時(shí),選擇正常工作模式,為高電平時(shí)選擇低功耗工作模式。 采集模塊的RS485接口電路 RS485接口采用光電隔離，使得信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。 RS485的接口電路 模擬量采集模塊EDA9015該系統(tǒng)的模擬量采集模塊采用山東力創(chuàng)公司的EDA9015模塊。EDA9015可測(cè)量：12 路電壓或電流輸入信號(hào)。EDA9015于各種工業(yè)控制與測(cè)量系統(tǒng)中。它能測(cè)量交流或直流0～250V電壓或者電流信號(hào)0～200mA的真有效值。其輸出為RS485總線方式。該模塊的外形圖如下： EDA9015模擬量采集模塊外形圖EDA9015模塊為12路模擬量輸入，其輸入的形式為電流范圍0～50mA或者電壓的范圍為0～10V。其模塊的上有12路輸入管腳，3路模擬量輸入地管腳，1路輸入地管腳。其管腳SLT用于為協(xié)議選擇端，接地時(shí)為二進(jìn)制協(xié)議，不接地時(shí)為L(zhǎng)C02協(xié)議，傳輸協(xié)議都為Modbus協(xié)議。 引腳號(hào)名稱(chēng)描述1 AGND模擬輸入地2UIN8第 8 路模擬量輸入3UIN9第 9 路模擬量輸入4UIN10第 10 路模擬量輸入5UIN11第 11 路模擬量輸入6SLT協(xié)議選擇端,接地為 LC02 協(xié)議7DATA+RS485 接口信號(hào)正極8DATARS485 接口信號(hào)負(fù)極9VCC電源正，+8V～30V10GND電源負(fù)，地11AGND模擬輸入地12UIN0第 0 路模擬量輸入13UIN1第 1 路模擬量輸入14UIN2第 2 路模擬量輸入15UIN3第 3 路模擬量輸入16UIN4第 4 路模擬量輸入17UIN5第 5 路模擬量輸入18UIN6第 6 路模擬量輸入19UIN7第 7 路模擬量輸入20AGND模擬輸入地 EDA9015輸入模塊管腳圖EDA9015模擬量測(cè)量模塊可測(cè)量：12路電壓或電流輸入信號(hào)。EDA9015模塊可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制與測(cè)量系統(tǒng)中。它能測(cè)量交流或直流電壓0～250V或 電流0～200mA信號(hào)的真有效值。其輸出為總線RS485方式。雙協(xié)議：ASCII碼協(xié)議與十六進(jìn)制 L C 0 2 協(xié) 議 ，其ASCII碼指令集兼容于 ADAM、NuDAM等模塊，可與其他廠家的控制模塊掛在同一485總線上，便于計(jì)算機(jī)編程。其功能與技術(shù)指標(biāo)如下：輸入信號(hào)為12路 0 ～ 2 5 0 V 電壓。輸入信號(hào)為直流或交流量程可選為100mV,200mV,500mV,1V,2V,5V,10V,20V,50V,60V,100V,200V,250V或12路0～200mA電流，輸入信號(hào)為直流或交流。量程可選為：1mA,10mA,20mA,100mA,200mA。信號(hào)處理: 16位A/D采樣；采樣速率: 3000次采樣/S。輸出真有效值。測(cè)量周期：每通道 ，12通道循環(huán)測(cè)量。過(guò)載能力：；過(guò)載 2倍量程輸入1s不損壞。隔離:信號(hào)輸入與通訊接口輸出之間隔離，隔離電壓1000VDC。SLT、DATA+、DATA、VCC、GND為輸出端，與GND端共地。通訊輸出接口：RS485接口，二線制，177。15KV ESD保護(hù)協(xié)議：雙協(xié)議ASCII碼協(xié)議與十六進(jìn)制LC02協(xié)議，由SLT接地選擇。 速率： 1200，2400，4800，9600，19200 Bps,可軟件設(shè)定。模塊地址：00FF可設(shè)定。測(cè)量精度: 。模塊電源: +8～3