压磁式传感器.ppt

1、,3.5 压磁式传感器,3.5.1 基本原理 3.5.2 传感器的形式 3.5.3 参数选取的基本原则 3.5.4 压磁传感器的误差,下一页,返 回,3.5.1 基本原理,压磁效应: 某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变。 磁致伸缩: 某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生变形，有些伸长，有些则压缩。,上一页,下一页,返 回,磁致伸缩,正磁致伸缩: 当某些材料受拉时，在受力方向上磁导率增高，而在与作用力相垂直的方向上磁导率降低； 负磁致伸缩: 某些材料受拉时，在受力方向上磁导率降低，而在与作用力相垂直的方向上磁导率增高 只有在一定条件下(如磁场强度恒定)压磁

2、效应才有单值特性，但不是线性关系,上一页,下一页,返 回,铁磁材料的压磁应变灵敏度,表示方法与应变灵敏度系数表示方法相似,式中, 磁导率的相对变化； l 在机械力的作用下铁磁物质的相对变形,上一页,下一页,返 回,工业纯铁的和l的关系,上一页,下一页,返 回,压磁应力灵敏度,单位机械应力, 所引起的磁导率相对变化,压磁传感器: 用来测量压力、拉力、弯矩、扭转力(或力矩),变换链,上一页,下一页,返 回,3.5.2 传感器的形式,1用一个方向磁导率的变化的传感器 2 用两个方向上磁导率的改变 3 维捷曼效应,上一页,下一页,返 回,用一个方向磁导率的变化,上一页,下一页,返 回,(a) (b)

3、: 测量压力P用的传感器,与电感传感器相似，它通过改变磁导率来达到电感值的改变。,式中, L传感器的电感； K1 K2与激磁电流大小有关的系数， 在一定条件下可认为是近似的常数。,上一页,下一页,返 回,(e)(d) : 与互感形传感器相似,式中, E2 传感器输出感生电势； u1 原端励磁电压； W1，W2 一次和二次绕组的匝数； K(P) 系数，它与激磁电流频率及幅值有关 同时也与被测力P有关,上一页,下一页,返 回,(c): 压磁应变片,在日字形铁芯凸起在外的中间铁舌上绕上绕组，使用时将它粘在被测应变的工件表面，使其整体与被测工件同时发生变形，从而引起铁芯中磁导率改变、导致电感值改变。

4、这种结构也可在铁舌上绕两个绕组做成变压器形传感器，常称为互感型压磁应变片。,上一页,下一页,返 回,2 用两个方向上磁导率的改变,（a）传感器结构 （b）传感器在没受外力 E2=0 （c）传感器受拉力 E20 （d）传感器受压力 E20 相位与受拉力相差180,常用来测量几万牛顿的压力，耐过载能力强，线性度3%-5%。,上一页,下一页,返 回,3 维捷曼效应,在卷捻棒状铁磁物质时，在其上将出现一个按着螺旋形分布的区域，在这个区域中磁导率沿螺旋方向增加 。 （a）逆“维捷曼”效应: 在一根旋转的铁磁轴中若流有电流，则在轴中不仅有环形磁通，还有轴向磁通存在。 (b)顺“维捷曼”效应: 带有电流的铁

5、磁轴放在磁场中，则此轴将出现扭曲变形（称为）。,上一页,下一页,返 回,维捷曼效应测量非电量的原理,（a）（b）是用来测量转矩M 图（c）是用来测量气体压力的,上一页,下一页,返 回,图（b）将激磁电压加在轴上,当转矩M 0，产生的电势,当 时，上式有效。,上一页,下一页,返 回,3.5.3 参数选取的基本原则,铁芯尺寸主要由选用材料允许应力的限制。 而磁场强度主要是影响传感器的灵敏度。,Z/Z关系曲线,和Z/Z的最大值均出现在H值 很相近的位置上，因此传感器的 设计磁场强度可近似的取在图中 磁导率最大值的一点附近，即取,上一页,下一页,返 回,表 5.4.1,上一页,下一页,返 回,有磁场强

6、度H之后，可由下式求绕组参数,绕组匝数,供电电压可用下式决定：,式中，S磁通路的截面积() 所选H处的磁导率()。,上一页,下一页,返 回,3.5.4 压磁传感器的误差,1磁滞误差 2线性误差 3. 老 化 4温度误差,上一页,下一页,返 回,1 磁滞误差,由铁磁材料的磁滞特性造成的， 误差的特点： 动态测量时小（1%）,静态测量大约在4%。此误差的大小还与磁场强度有关,上一页,下一页,返 回, 线性误差,测量中要经过多次变化才能完成，而这些变换均为非线性变换，因此这种传感器有较大的非线性。 减少非线性: 牺牲灵敏度的方法 使B（或是说H值不在最佳点上）选取在磁化曲线的线性段中，可对传感器加初始预应力，使其工作在线性段内，,上一页,下一页,返 回,.老化 随着时间流逝，传感器的磁导率会发生变化，内应力要改变，导