Inventario | Principio del sensor de inclinación de uso común
Los sensores de inclinación también se denominan inclinómetros, niveles e inclinómetros. Se utilizan a menudo para medir el ángulo horizontal del sistema. Este tipo de sensor solía ser un simple nivel de burbuja. Con el desarrollo de la automatización y la tecnología de medición electrónica, la variedad de sensores de inclinación ha aumentado gradualmente. Según su principio de funcionamiento, se pueden dividir en tres tipos: de péndulo sólido.
1. Sensor de ángulo de inclinación de péndulo sólido El péndulo sólido se utiliza ampliamente en el diseño de servosistemas con equilibrio de fuerza. Como se muestra en la figura, está compuesto por un péndulo, una cicloide y un soporte. Bajo la acción de la gravedad G y la fuerza de tracción del péndulo T, la fuerza externa resultante F = ≤ 0,3 dG senθ = ≤ 0,3 dmg senθ. θ representa el ángulo entre la cicloide y la vertical. Al medir en un rango angular pequeño, se puede considerar que F y θ tienen una relación lineal, y el sensor de inclinación de tipo deformación se basa en este principio. 2. Sensor de inclinación del péndulo líquido El principio estructural del péndulo líquido consiste en instalar un líquido conductor en una carcasa de vidrio, con tres electrodos de platino conectados al exterior, paralelos y separados entre sí. Son iguales, como se muestra en la figura. Cuando la carcasa está en posición horizontal, el electrodo se inserta en el líquido conductor a la misma profundidad. Si se aplica una tensión alterna de igual amplitud entre dos electrodos, se forma una corriente iónica entre ellos, y el líquido entre ambos equivale a dos resistencias RI y RIII. Si el líquido oscila horizontalmente, entonces RIu003dRIII. Al inclinar la carcasa de vidrio, el líquido conductor entre los electrodos no es igual, y la profundidad de inmersión de los tres electrodos también varía, pero la profundidad de inmersión del electrodo central permanece prácticamente inalterada. Si la profundidad de inmersión del electrodo izquierdo es pequeña, el líquido conductor disminuye, el número de iones conductores disminuye y la resistencia RI aumenta. En el polo opuesto, el líquido conductor aumenta, el número de iones conductores aumenta y la resistencia RIII disminuye; es decir, RI > RIII. Por el contrario, si la dirección de inclinación es opuesta, RI
En la aplicación del péndulo líquido, el pluviómetro también cambia según la posición del líquido, lo que provoca cambios en la señal eléctrica de salida y en el ángulo de inclinación. En la práctica, además de este tipo, también existe un péndulo líquido que deja una burbuja en la solución electrolítica. Al inclinar el dispositivo, la burbuja se mueve para modificar la capacitancia e inducir un péndulo líquido. 3. Sensor inercial tipo péndulo de gas El elemento inercial tipo péndulo de gas se compone de una cavidad cerrada, gas y alambre caliente. Cuando el plano de la cavidad se inclina con respecto al plano horizontal o se somete a una aceleración, la resistencia del alambre caliente cambia. Esta variación es función del ángulo q o la aceleración, por lo que también tiene un efecto péndulo. La variación en la resistencia del alambre caliente se debe al intercambio de energía entre el gas y el alambre caliente. El mecanismo sensible del dispositivo inercial tipo péndulo de gas se basa en la transferencia de energía en una cavidad cerrada. En la cavidad cerrada hay gas y un alambre caliente, siendo este último la única fuente de calor. Al activarse, el dispositivo calienta el gas. La convección es la principal forma de intercambio de energía térmica. El elemento sensible principal del dispositivo de detección de péndulo de gas es el alambre caliente. La corriente eléctrica fluye a través del alambre caliente, y este genera calor para mantenerlo a cierta temperatura. La temperatura del alambre caliente es mayor que la temperatura del gas circundante, y la energía cinética aumenta, por lo que el gas fluye hacia arriba. En el estado de equilibrio, como se muestra en la Figura 4(a), los alambres calientes están en el mismo plano horizontal, y el aire ascendente fluye a través de ellos a la misma velocidad, es decir, V1u003dV1'. En este momento, el flujo de aire tiene el mismo efecto en los alambres calientes, como se muestra en la ecuación (7). Se puede observar que la corriente que fluye a través del alambre caliente también es la misma, y el puente está equilibrado. Cuando la cavidad cerrada está inclinada, la altura del alambre caliente con respecto al plano horizontal cambia, como se muestra en la Figura 4(b), porque el flujo de gas en la cavidad cerrada es continuo, el flujo de aire caliente pasa por la parte inferior en secuencia durante el movimiento ascendente. Y la línea caliente superior. Si ignoramos la pérdida de energía al superar la gravedad durante el ascenso del gas, el flujo de aire que pasa por el alambre caliente superior ya ha intercambiado calor con el del alambre caliente inferior, por lo que la velocidad del flujo de aire al pasar por ambos alambres es diferente. En este momento, V¢ > V², por lo que fluye a través de los dos alambres calientes. Las corrientes de los dos alambres calientes también cambian en consecuencia, por lo que el puente pierde el equilibrio y emite una señal eléctrica. La señal eléctrica emitida es diferente cuando el ángulo de inclinación es diferente. Comparación del rendimiento de péndulos sólidos, líquidos y gaseosos Los sensores de inclinación basados en los principios de péndulos sólidos, líquidos y gaseosos presentan ventajas. En el campo gravitatorio, la masa sensible de un péndulo sólido es la masa del péndulo, la masa sensible de un péndulo líquido es el electrolito, y la masa sensible de un péndulo gaseoso es el gas. El gas es el único cuerpo móvil en la cavidad sellada. Su masa es pequeña, y la fuerza de inercia generada en caso de un gran impacto o sobrecarga también es pequeña, por lo que posee una gran capacidad para resistir vibraciones o impactos. Sin embargo, el control del movimiento por gas es más complejo, y existen muchos factores que lo afectan, por lo que su precisión no cumple con los requisitos de los sistemas de armas militares. El sensor de inclinación de péndulo sólido tiene una longitud y un centro de péndulo claros, y su mecanismo es básicamente el mismo que el de un sensor de aceleración. En la práctica, existen diversos productos, como los péndulos electromagnéticos, que ofrecen un alto rango de medición, precisión y capacidad antisobrecarga, y se utilizan ampliamente en sistemas de armas. El sensor de inclinación de líquido se encuentra en algún punto intermedio, pero el sistema es estable y se usa ampliamente en sistemas de alta precisión, y la mayoría de los productos nacionales y extranjeros son de este tipo. En la actualidad, el sensor de inclinación se ha convertido en una herramienta de medición indispensable e importante en los campos de construcción de puentes, tendido de ferrocarriles, ingeniería civil, perforación petrolera, aviación y navegación, automatización industrial, plataformas inteligentes y procesamiento mecánico.
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