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正交实验在磁致伸缩位置传感器温漂中的应用

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2021-10-29 13:06

  

       目前,在磁致伸缩位置传感器的各种性能上,国产的产品始终与国外的产品存在 一 定的差异 ,当然这个性能是一种综合指标,包括线性度、分辨率、温度性能、抗干扰性能等,这些性能的差异受影响的因素太多。这里仅以温度漂移这一项的指标进行正交实验,寻找产品性能升级的最优实验方案。目前国外MTS公司的产品在温度漂移的指标是15 ppm/'t; 而国内生产此类型传感器的厂家并不是很多,并且大部分的指标都在100 ppm/屯以上。国内烟台拿度智能科技有限公司的同类型产品指标在70 ppm/'t之内,在国内算是性能最好的,该温漂性能的指标提升至50 ppm/'t之内是实验目标。
1、温漂现状及优化指标
1.1 磁致伸缩位置传感器的原理简介
       磁致伸缩是铁磁材料受到磁场作用时铁磁质的尺寸变化。1842年,焦耳发现了这 一 效应 ,因此取名为焦耳效应。 1858年,威德曼(Gustave Wiedemann)进 一 步观察到浸没在纵 向磁场中的铁磁棒当携带电流时将产生扭转。这种扭转来源于组合的纵向磁场和圆形磁场,圆形磁场则由电流产生。由于趋肤效应,圆柱形导体中的电流在中心处最小,而在表面达到最大。因此磁场也是非均匀磁场,它与外场相互作用将产生局部畸变。威德曼效应是磁致伸缩式位置传感器的基础。位移传感器主要由磁致伸缩线(波导丝)、测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁环组成。当传感器工作时,电子仓内的电子电路产生一 “起始脉冲”,此起始脉冲建立圆形磁场 ,并沿波导丝传播,当该磁场与磁环的永磁体磁场相组合,威德曼效应使波导丝扭转,产生一个以恒速(约2 830mis)并向两个方向传输的扭转应变脉冲,即机械波。这种扭转在薄磁弹性条带中被变换成横向应力,根据维拉里效应,磁致伸缩材料发生物理变形时,会在磁致伸缩材料内引起磁场强度的变化,因此,通过传感器线圈的磁通将发生变化,在传感器线圈两端将产生一 个可以被检测到的感应电动势。电路测星起始脉冲与接受信号(终止脉冲)之间的时间间隔,由此可以计算出到磁体的距离和速度。橡胶阻尼器防止来自波导丝末端的反射。
1.2 温漂现状
       温度漂移即温漂,一个产品的所有构成元件或者部件都对此指标产生影响,环境温度会对电子元件内部参数造成影响,如电阻阻值变化、电容容量变化、晶体管参数变化等,温度同时也会对外部材料的收缩膨胀产生影响而引起漂移。因为磁致伸缩位置传感器的特殊安装方式,电气和材料这两大因素因 为温度的变化将会导致整个位置传感器的温漂指标产生严重的影响。
       考虑了成本的因素,所有的电子元器件特别是电容、电阻等都采用了25 ppm/"C的产品,而其他的芯片全部都是国外进口的,与国外厂家采用的是同一生产商的产品,暂时忽略了电气方面的影响。因此,实验思路集中在核心材料、工艺设计方面进行改良。
目前拿度公司磁致伸缩位置传感器的产品温漂性能指标在70 ppm/"C之内而且产品电气元件全部是25 ppm/"C的,在当前的性能参数下,不可能马上达到国外最好的水平15ppm/"C。把指标定在50 ppm/"C之内是可行并且能够实现的,以此目标作为参数升级的追求。
磁致伸缩位移传感器
2 实验设计与分析
       忽略电气方面的影响,主要从产品安装工艺入手进行正交实验,根据目前的生产工艺,确定了 4 项最大的影响因素。在实验设计中分别用A,B,C,D表示核心材料的来源、保护材料配合的松紧、外壳与电气材料之间的距离、供电电压这 4 个主要因素,每个因素有 2个水平。用 1、2 表示因素水平采用正交表安排实验。
       具体实验过程:CD确定安装的产品为同一量程,选用的电路板经过高低温老化测试,并且温度漂移满足检验指标。@根据正交实验的配置方案对产品进行安装,经过检验,保证产品在常温下的输出是正常且稳定的。@把产品同时放入高低温箱中进行高低温测试,温度范围为-40'C- +85'C,??通过电脑记录数据,再对数据进行分析,找出提升产品温度漂移的最佳方案。
3、结果与讨论
       由因素主次顺序为核心材料的来源(因素A)>外壳与电气材料之间的距离(因素B) >保护材料配合的松紧(因素C)>供电电压(因素D), 同时根据各因素各水平的平均值确定最优水平,进而选出最优组合,按照平均值大小选取最优水平 A心 CzD,,即最佳为国外材料,对核心材料的保护要松,外壳与电路的距离远些,采用12V供电。
       按此条件进行更多的试验,得到的结果比原来的温漂性能要好,通过此正交实验以及后来的测试验证,证明改变生产工艺会使得产品的性能得到进一步提高。
4、结语
       本文通过正交实验对磁致伸缩位置传感器的温度漂移这一性能参数进行优化,通过少量的实验次数,找出了在工艺安装上对产品温漂性能影响最大的因素,减少了技术人员摸索的时间,获得了较好的配置方案,可以为产品的进 一 步提升提供捷径。该种测试方法具有高效性和准确性,可以作为技术人员必须掌握的 一 种方法,并作为提高产品性能的高效的测试手段。


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