双轴补偿器

测量倾斜角度的传感器

双轴补偿器是指测量倾斜角度的传感器，分为加速度型、电容效应型、光电效应型、精密光学检测型四类。

补偿概念

首先了解一下“补偿”的概念，补偿就是修正。这里的 “单轴补偿”和“双轴补偿”是指全站仪或电子经纬仪等测量仪器在没有完全整平的情况下，通过双轴补偿器反馈回的倾斜角度，在一定的范围内改正误差，精确测量。因为测量时外界的环境（走步、过车……等）都会对仪器有影响，使仪器发生倾斜，而补偿器正是在一定范围内检测倾斜角度变化，实时对这些轻微变化进行修正，使仪器保持水平垂直的测量状态。

分类

从原理上双轴补偿器可分为一下几种：加速度型，电容效应型，光电效应型，精密光学检测型四类。

加速度倾角传感器

理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度，如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度感器。

当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。

绝大部分集成测角IC都是利用这个原理来测量

电容式倾角传感器

原理很简单，就是在透明腔体内灌入液体，并留有一个气泡。腔体上面两个金属导电体和下面金属导电体构成两个可变地容器。当传感器倾斜时液体向一侧流动，造成两金属片之间的电容量发生变化。就是利用这个原理制作出了电容式倾角传感器，简单的设计就是，将这个可变电容接到振荡电路中，当电容量发生变化，振荡频率跟着发生变化，进而得到倾斜角度。

光电式倾角传感器

光电型倾角传感器测量过程与电容式倾角传感器基本相同，只是检测器件变成了硅光电池，检测信号不再是电容而是电流。光电式倾角传感器结构图和硅光电池分布图如右，当液体位置发生变化时相对的两个硅光电池输出的电流将发生对称变化，检测这个电流就可以检测出倾斜角度的变化。

精密光学检测型倾斜角度传感器

这是近年新出现的一种方法，利用线阵CCD检测，光学系统成像制作的传感器，测量测量精度更高 2秒精度。典型产品有徕卡垂直轴液体补偿器，博立亚BIA-2型双轴补偿器。

对比

加速度倾角传感器：

测量范围大，精度较低，10秒--30秒，集成IC较多，使用方便。

电容式倾角传感器：

测量精度较高，6秒精度，腔体易破碎，使用需小心。

光电式倾角传感器：

测量精度较高，2秒精度，腔体由机械和镜片组成，装配较难，易出现液体外泄。

精密光学检测型倾斜角度传感器：

测量精度很高，1秒精度，甚至1秒以上，主要难度在机械加工上，因为光学质量好坏很大程度取决于机械精度

可靠性研究

补偿器的可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成的。可靠性也应该从这几个方

面进行考虑。材料选择对用于供热管网的波纹管的选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等，并在此基础上结合波纹管材料的焊接、成型以及材料的性能价格比，优选出经济实用的波纹管制作材料。

一般情况下，选用波纹管的材料应满足下列条件：

（1）高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度，保证波纹管正常工作。

（2）良好的塑性，便于波纹管的加工成形，且能通过随后的处理工艺（冷作硬化、热处理等）获得足够

的硬度和强度。

（3）较好的耐腐蚀性能，满足波纹管在不同环境下工作要求。

（4）良好的焊接性能，满足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。

对于地沟敷设的热力管网，当补偿器所处管道地势较低时，雨水或事故性污水会浸泡波纹管，应考虑选用

耐蚀性更强的材料，如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高，在制造波纹管时，可以考虑仅在与腐蚀性介质接触的表面增加一层耐蚀合金。

疲劳寿命设计由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出，波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐

蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。过低的疲劳寿命将会导致金属波纹管稳定性及耐蚀性能下降。

疲劳测试

疲劳寿命设计由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出，波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。过低的疲劳寿命将会导致波纹管稳定性及耐蚀性能下降。根据试验和使用经验，用于供热工程的波纹管疲劳寿命应不小于1000次。

波纹管不能承重，应单独吊装；除设计要求预拉伸或冷紧的预变形量外，严禁用使波纹管变形的方法来调整管道的安装偏差；安装过程不允许焊渣飞溅到波纹管表面和受到其他机械性损伤；波纹管所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动部位正常工作。

大多数波纹管的失效是由外部环境腐蚀造成的，因此在进行补偿器的结构设计时，可考虑隔绝外部腐蚀介质与波纹管的接触。如对于外压轴向型补偿器可在出口端环与出口管之间增加填料密封装置，其作用相当于套筒补偿器，既可抵挡外部腐蚀介质的侵入，又给波纹管补偿器增加了一道安全屏障，即使波纹管破坏，补偿器还可以起到补偿作用并避免波纹管失效。

补偿器又有金属补偿器和非金属补偿器，根据介质用途不同，还可以分专业防腐补偿器和耐高温补偿器。

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