【课件】传感器与检测技术压磁式传感器剖析.ppt

第8节 压磁式传感器 铁磁材料具有结晶体的构造，在晶体形成的过程中也就形成了磁畴。各个磁畴的磁化强度矢量是随机的。 在没有外磁场作用时，各个磁畴互相均衡，材料总的磁化强度为零，当有外磁场作用时，磁畴的磁化强度矢量向外磁场方向产生转动，材料呈现磁化。 当外磁场很强时，各个磁畴的磁化强度矢量都转向与外磁场平行，这时材料呈现磁饱和现象。 在磁化过程中，各磁畴之间的界限发生移动，因而产生机械变形，这种现象称为磁致伸缩效应。 铁磁材料在外力的作用下，引起内部发生形变，产生应力，使各磁畴之间的界限发生移动，使磁畴磁化强度矢量转动，从而也使材料的磁化强度发生相应的变化。 这种应力使铁磁材料的磁性质变化的现象，称为压磁效应。 铁磁材料的压磁效应的具体内容为： ①材料受到压力时，在作用力方向磁导率 减小，而在作用力相垂直方向，磁导率略有增大；作用力是拉力时，其效果相反。 ②作用力取消后，磁导率复原。 ③铁磁材料的压磁效应还与外磁场有关。为了使磁感应强度 与应力间有单值的函数关系，必须使外磁场强度的数值恒定。 压磁式传感器的工作原理 压磁式传感器（又称为磁弹性传感器）结构一例 压磁元件的输出特性与它的应力分布状况有关。为了在长期使 用过程中保证力作用点的位置不变，压磁元件的位置和受力情 况不变。 采取了下列措施：机架上的传力钢球3保证被测力垂直集中作用 在传感器上，并具有良好的重复性；压磁元件装入由弹簧钢做成 的弹性机架内，机架的两道弹性梁使被测力垂直均匀地作用在压 磁元件上，且机架对压磁元件有一定的预压力。 它由压磁元件1、弹性支架2、 传力钢球3组成。冷轧硅钢片 冲压成形，经热处理后叠成 一定厚度，用环氧树脂粘合 在一起，然后在两对互相垂 直的孔中分别绕入激励线圈 和输出线圈。 硅钢片上冲有四个对称的孔，孔1、2的连线与孔3、4相互垂 〔图(a)〕。孔1、2间绕有激磁绕组N12，孔3、4间绕有测量 绕组N34，外力F与绕组N12、N34所在平面成45°角。 当激磁绕组N12通过一定的交变电流时，铁心中就产生磁场H， 方向如图(b)所示。 在无外力作用时，A、B、C、D四部分的磁导率相同，磁力线 呈轴对称分布，合成磁场强度H平行于测量绕组N34的平面。 在磁场作用下，导磁体沿H方向磁化，磁通密度B与H取向相同。 由于测量绕组无磁通通过，故不产生感应电势。 若对压磁元件施加压力F，如图(c)所示，A、B区域将产生很大 的压应力σ，而C、D区域基本上仍处于自由状态。 对于正磁致伸缩材料，压应力σ使其磁化方向转向垂直于压力 的方向。 因此，A、B区的磁导率μ下降，磁阻增大，而与应力垂直方向 的μ上升，磁阻减小。磁通密度B偏向水平方向，与测量绕组 N34交链，N34中将产生感应电势e。F值越大，N34交链的磁 通越多，e值就越大。经变换处理后，即能用电流或电压来表 示被测力F的大小。 第九节 感应同步器 感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的 原理组成的。可用来测量直线或转角位移。 测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同 步器。 长感应同步器由定尺和滑尺组成，如左图所示。圆感应同步器 由转子和定子组成，如右图所示。这两类感应同步器是采用同 一的工艺方法制造的。 一般情况下。首先用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃） 基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。 这种绕组称为印制电路绕组。定尺和滑尺，转子和定子上的 绕组分布是不相同的。在定尺和转子上的是连续绕组，在滑 尺和定子上的则是分段绕组。 分段绕组分为两组，布置成在空间相差900相角，又称为正、 余弦绕组。 感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次和二次 线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。 制造工艺 这两段绕组相对于定尺绕组在空间错开1/4的节距，节距 用2b表示，工作时，当在滑尺两个绕组中的任一绕组加 上激励电压时，由于电磁感应，在定尺绕组中会感应出 相同频率的感应电压，通过对感应电压的测量，可以精 确的测量出位移量。 滑尺上制有两组分段绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组 例： 安装时，定尺和滑尺，转子和定子上的平面绕组面对面地放置。 由于其间气隙的变化要影响到电磁耦合度的变化，因此气隙一 般必须保持在 的范围内。 工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁 耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势，该电动势随定尺与 滑尺（或转子与定子）的相对位置不同呈正弦、余弦函数变化。 再通过对此信号的检测处理，便可测量出直线或转角的位移量。 感应同步器的优点是： ①具有较高的精度