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压力传感器输入低压过滤

经过编辑设计世界|2020年5月1日

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问题
在某些应用中,高频压力瞬变可能会扭曲传感器的输出,降低其读取潜在压力变化的能力。这在低压应用中尤其成问题,比如医疗测量中,识别细微的差异对成功诊断和监测至关重要。没有一个常见的、众所周知的解决方案,但已经找到了一个。

解决方案
所提出的解决方案包括将电气或液压类比应用于气动系统。为了过滤压力瞬变,使用了一个内联减速器,类似于电路中的电容器过滤电压瞬变。

证明
进行了几项实验室测量以验证所提出的解决方案的有效性。实验设置包括一个所有传感器的DLHR-F50D传感器安装在EK-01评估板,信号发生器波形源和示波器如图1所示。将信号发生器连接到耳机扬声器上,耳机扬声器先连接到1/4″外径的短(7cm)硅胶管上,然后通过1/8″管(10cm)连接到传感器端口。一个1/8″NPT到1/8″ID倒钩接头和一个1/8″ID到1/16″ID倒钩减速器连接分段。参见图2。

为了识别上方和低于有效传感器采样率的限制的过滤行为,选择了一组音频频率。在同步读取模式下,具有18位配置的DLHR传感器通常将执行270读数/秒。正确读取波形幅度需要至少5个样品/周期,因此可以在频率和幅度中正确地识别270/5或54Hz或较慢的信号波形。

对于这些测量,读数是在有或没有限制的地方进行的。该限制包括诺信EFD点胶头,第7018272部分,如表1所示。注意,尖端是指向音频源的方向时,在位置和0.41毫米ID的横截面限制为0.412/ 3.182或1.66%的源区的频道。

10-Hz的基线测量确认传感器操作和测试设置。(参见图3.)10-Hz的大约27个样本的波形周期对应于约270个样本/秒。

绝对读取值不显着,因为音频信号与频率的变化不恒定。与/不受限制的相对读数是感兴趣的。以下测量包括参考读数,包括在减速器中的读数中的音频路径中图2(a)的管道,与在减速器配件的线路中插入的限制(图2(b))。

图4和5显示了在30-Hz的测试结果。仅限管道,30-Hz信号的幅度为约0.55%FSS。通过限制,30-Hz信号具有约0.50%FSS的幅度,从参考值下降0.8 dB。更常规的波形表明更高频率的噪声分量减小。

图6和7显示了在50Hz测试的结果。仅具有管道,50 Hz信号近极限采样的极限,具有约1.0%FSS的幅度。利用限制,50-Hz信号的幅度为约0.80%FSS或约-2dB。

图8和9显示了在100 Hz的测试结果。仅使用管道,100 Hz信号超出了识别时段的点。包络幅度为约2.6%FSS。通过限制,100-Hz信号的幅度为约1.6%FSS,或者从参考中的约-4.2dB。

图10和图11显示了在240 Hz下的测试结果。在240 Hz时,参考信号的振幅增加到20% FSS。在适当的限制下,在240 Hz时,振幅下降到大约3.4% FSS,距离参考值15dB。

图12和13显示了在600hz下的测试结果。在600hz时,参考信号的幅值约为5.1% FSS。在适当的限制下,在600 Hz时,振幅降低到大约1.0% FSS, -14.2dB。

虽然有关于充满建议的气动低通滤波器模型的可用信息很少,但该概念似乎有效。表2显示了测试的各种频率的结果。

结论与推荐
可以存在高频压力瞬变,尤其是低压应用中的问题。实验室测试已经证明了插入内联限制以减少压力瞬变的有效性。直径0.41mm直径限制似乎为更高频率的压力瞬变提供有效屏障,同时允许较低频率的压力变化,幅度几乎没有变化。在这种情况下,可以在120-140 Hz左右估计角频率。

遇到或涉及低压瞬变的用户应评估其特定应用中限制的有效性。必须考虑在评估过滤器特性时考虑具有下游管道体积的限制直径的组合,因为该体积表示符合与电容器或液压蓄能器类似的兼容存储元件。

因此,传感器和限位器之间的油管长度变化预计会改变气动过滤器的拐角频率,因此每次应用都必须使用最终设计的油管配置来验证性能。

参考:
[1]“带气动低通过滤器的隔振系统”https://data.epo.org/gpi/EP1803970B1-Vibration-isolating-system-with-pneumatic-low-pass-filter

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