1、,3.5 壓磁式傳感器,3.5.1 基本原理 3.5.2 傳感器的形式 3.5.3 參數(shù)選取的基本原則 3.5.4 壓磁傳感器的誤差,下一頁(yè),返 回,3.5.1 基本原理,壓磁效應(yīng): 某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起磁導(dǎo)率的改變。 磁致伸縮: 某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生變形，有些伸長(zhǎng)，有些則壓縮。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,磁致伸縮,正磁致伸縮: 當(dāng)某些材料受拉時(shí)，在受力方向上磁導(dǎo)率增高，而在與作用力相垂直的方向上磁導(dǎo)率降低； 負(fù)磁致伸縮: 某些材料受拉時(shí)，在受力方向上磁導(dǎo)率降低，而在與作用力相垂直的方向上磁導(dǎo)率增高 只有在一定條件下(如磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定)壓磁

2、效應(yīng)才有單值特性，但不是線性關(guān)系,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,鐵磁材料的壓磁應(yīng)變靈敏度,表示方法與應(yīng)變靈敏度系數(shù)表示方法相似,式中, 磁導(dǎo)率的相對(duì)變化； l 在機(jī)械力的作用下鐵磁物質(zhì)的相對(duì)變形,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,工業(yè)純鐵的和l的關(guān)系,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,壓磁應(yīng)力靈敏度,單位機(jī)械應(yīng)力, 所引起的磁導(dǎo)率相對(duì)變化,壓磁傳感器: 用來(lái)測(cè)量壓力、拉力、彎矩、扭轉(zhuǎn)力(或力矩),變換鏈,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,3.5.2 傳感器的形式,1用一個(gè)方向磁導(dǎo)率的變化的傳感器 2 用兩個(gè)方向上磁導(dǎo)率的改變 3 維捷曼效應(yīng),上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,用一個(gè)方向磁導(dǎo)率的變化,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,(a) (b)

3、: 測(cè)量壓力P用的傳感器,與電感傳感器相似，它通過(guò)改變磁導(dǎo)率來(lái)達(dá)到電感值的改變。,式中, L傳感器的電感； K1 K2與激磁電流大小有關(guān)的系數(shù)， 在一定條件下可認(rèn)為是近似的常數(shù)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,(e)(d) : 與互感形傳感器相似,式中, E2 傳感器輸出感生電勢(shì)； u1 原端勵(lì)磁電壓； W1，W2 一次和二次繞組的匝數(shù)； K(P) 系數(shù)，它與激磁電流頻率及幅值有關(guān) 同時(shí)也與被測(cè)力P有關(guān),上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,(c): 壓磁應(yīng)變片,在日字形鐵芯凸起在外的中間鐵舌上繞上繞組，使用時(shí)將它粘在被測(cè)應(yīng)變的工件表面，使其整體與被測(cè)工件同時(shí)發(fā)生變形，從而引起鐵芯中磁導(dǎo)率改變、導(dǎo)致電感值改變。

4、這種結(jié)構(gòu)也可在鐵舌上繞兩個(gè)繞組做成變壓器形傳感器，常稱為互感型壓磁應(yīng)變片。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,2 用兩個(gè)方向上磁導(dǎo)率的改變,（a）傳感器結(jié)構(gòu) （b）傳感器在沒(méi)受外力 E2=0 （c）傳感器受拉力 E20 （d）傳感器受壓力 E20 相位與受拉力相差180,常用來(lái)測(cè)量幾萬(wàn)牛頓的壓力，耐過(guò)載能力強(qiáng)，線性度3%-5%。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,3 維捷曼效應(yīng),在卷捻棒狀鐵磁物質(zhì)時(shí)，在其上將出現(xiàn)一個(gè)按著螺旋形分布的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中磁導(dǎo)率沿螺旋方向增加 。 （a）逆“維捷曼”效應(yīng): 在一根旋轉(zhuǎn)的鐵磁軸中若流有電流，則在軸中不僅有環(huán)形磁通，還有軸向磁通存在。 (b)順“維捷曼”效應(yīng): 帶有電流的鐵

5、磁軸放在磁場(chǎng)中，則此軸將出現(xiàn)扭曲變形（稱為）。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,維捷曼效應(yīng)測(cè)量非電量的原理,（a）（b）是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩M 圖（c）是用來(lái)測(cè)量氣體壓力的,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,圖（b）將激磁電壓加在軸上,當(dāng)轉(zhuǎn)矩M 0，產(chǎn)生的電勢(shì),當(dāng) 時(shí)，上式有效。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,3.5.3 參數(shù)選取的基本原則,鐵芯尺寸主要由選用材料允許應(yīng)力的限制。 而磁場(chǎng)強(qiáng)度主要是影響傳感器的靈敏度。,Z/Z關(guān)系曲線,和Z/Z的最大值均出現(xiàn)在H值 很相近的位置上，因此傳感器的 設(shè)計(jì)磁場(chǎng)強(qiáng)度可近似的取在圖中 磁導(dǎo)率最大值的一點(diǎn)附近，即取,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,表 5.4.1,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,有磁場(chǎng)強(qiáng)

6、度H之后，可由下式求繞組參數(shù),繞組匝數(shù),供電電壓可用下式?jīng)Q定：,式中，S磁通路的截面積() 所選H處的磁導(dǎo)率()。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,3.5.4 壓磁傳感器的誤差,1磁滯誤差 2線性誤差 3. 老 化 4溫度誤差,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,1 磁滯誤差,由鐵磁材料的磁滯特性造成的， 誤差的特點(diǎn)： 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)?。?%）,靜態(tài)測(cè)量大約在4%。此誤差的大小還與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān),上一頁(yè),下一頁(yè),返 回, 線性誤差,測(cè)量中要經(jīng)過(guò)多次變化才能完成，而這些變換均為非線性變換，因此這種傳感器有較大的非線性。 減少非線性: 犧牲靈敏度的方法 使B（或是說(shuō)H值不在最佳點(diǎn)上）選取在磁化曲線的線性段中，可對(duì)傳感器加初始預(yù)應(yīng)力，使其工作在線性段內(nèi)，,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,.老化 隨著時(shí)間流逝，傳感器的磁導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化，內(nèi)應(yīng)力要改變，導(dǎo)