压磁传感器

压磁传感器简介一．电路图阻流圈式传感器结构原理图二．电路分析图4.1是阻流圈式传感器结构图。阻流圈式传感器只有一个线圈，该线圈既作电源线圈也可以作测量输出线圈。给线圈通以交流电，铁芯在外力F的作用下磁导率发生变化，磁阻和磁通也相应地发生变化，从而使线圈的阻抗发生了变化，这个变化可以用多种方法检测。阻流圈式传感器可用来测量或控制压力。例如，用来做传送带运送物料的自动称重系统、矿井起重载荷的安全设备、铁路轨道接触器等。它还可以用来测量或控制拉力、无损检测各种构件的残余应力。阻流圈式传感器的优点是结构简单、使用可靠。压磁式传感器的另一种常用结构为变压器式。变压器式传感器的电源线路和输出线路互相分离，他们之间只有磁的耦合。采用不同的变压系数可以得到不同的输出信号电压。各种结构形式的变压器式磁弹性传感器如图4.2其中具有磁分流的变压器式传感器未受力时，励磁线圈所产生的磁通，主要通过铁芯的中心磁路来形成回路，通过测量线圈所围绕的铁芯的磁通则很少。在外力F作用下，导磁体在中心磁路部分的磁阻增大，一部分磁通分流到测量线圈所围绕的铁芯上，从而在测量线圈产生感应电压。压磁式传感器在结构上大体是由压磁元件和线圈组成。压磁元件是由铁磁材料薄片用胶黏剂粘结而成的元件，所用材料一般为硅片、合金等。由于硅钢片的性能稳定，因此在实际应用中大多是采用硅钢片。为了获得搞的灵敏度，获得大的测量范围，改善线性，常采用不同结构的冲片，压磁式力传感器的常用冲片有四孔圆弧形冲片、六孔圆弧形冲片、“中”字形冲片、“田”字形冲片及多联冲片等。三．知识要点1.压磁效应：压磁式传感器也称为磁弹性传感器，它是利用铁磁材料的压磁效应制成的传感器。压磁效应是指一些铁磁材料在受到外力作用后，其内部产生应力，引起铁磁材料磁导率变化的物理现象，具有压磁效应的磁弹性体叫做压磁元件。受力作用后，磁弹性体的磁阻或磁导率的变化量与作用力成正比，通过特定的测量电路测出磁阻的变化量即可测出作用力的大小。压磁式力传感器可以实现力-磁变换，输出信号大、测量电路一般不用放大器、抗干扰性好、过载能力强、结构简单、经济适用、可在恶劣环境下工作；其缺点是反应速度低，测量准确度不够高。引起压磁式力传感器测量精度不够高的原因有：（1）压磁传感器的主要误差是温度误差，主要因为压磁材料的磁化特性受温度影响较大，使用时需要加温度补偿。（2）磁弹性滞坏，有铁磁材料的压磁引起。（3）电池影响。2.压磁式传感器工作原理：强磁性体在没有外磁场的作用下，各个磁畴互相均衡，材料总的磁化强度等于零；外磁场作用时，平衡被破坏，磁畴的磁化强度方向都转向外磁场方向与外磁场平行，磁性体呈现磁饱和现象：当强磁体处于磁场中时，强磁体内部各小区域的磁畴发生旋转，这种旋转可以使强磁性体沿磁场方向产生微小的伸长。还有些铁磁物质具有负应变特性。通常将磁性体在磁场方向上发射发生的伸缩现象称为磁滞伸缩效应（焦耳效应）在铁磁材料上绕有线圈后，磁回路磁阻的变化将引起线圈阻抗的变化。铁磁材料上绕有两组线圈，一组励磁线圈，另一组为测量线圈。铁磁材料磁导率的变化将引起线圈间耦合系数的变化，使输出电动势发生变化。通过相应的测量电路，就可以根据输出值得出外作用力的大小。铁磁材料产生压磁效应时，如果作用力是拉伸力，则在作用力的方向上磁导率u升高，与作用力垂直的方向上磁导率u下降；如果作用力是压缩力，则在与作用力垂直的方向上磁导率u升高，而在作用力的方向上磁导率u下降。3.压磁式传感器的结构可分为：阻流圈式、变压器式、桥式、应变式等。期中阻流圈式、变压器式及桥式使用较多。