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压磁式传感器分析.ppt

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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,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, εμ―磁导率的相对变化;εl ―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εμ和εl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,,,,,,1.用一个方向磁导率的变化,,上一页,下一页,返 回,,,(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。,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。 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E2≠0 (d)传感器受压力 E2≠0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。,μ-△Z/Z关系曲线,μ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()μ——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,,,,2. 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,,,3.老化随着时间流逝,传感器的磁导率会发生
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