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传感器
检测
技术
徐科
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,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,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。,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)压磁效应才有单值特性，但不是线性关系,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,工业纯铁的和l的关系,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,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,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,用一个方向磁导率的变化,(a) (b) : 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。,(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,(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。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。,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%。,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:带有电流的铁磁轴放在磁场中，则此轴将出现扭曲变形。,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,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。,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,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,表 5.4.1,有磁场强度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()。,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,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,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, 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，,.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，导致传感器灵敏
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