第03章-变磁阻式传感器课件.ppt

1、13.1 磁路基础磁路基础一、磁动势一、磁动势 (magnetomotive force)磁路：磁路：磁通线的密闭路径。磁通线的密闭路径。 磁动势：磁动势：在磁路中产生磁场的源头称为。定义为在磁路中产生磁场的源头称为。定义为 WIFm横截面S磁通2二、磁阻二、磁阻(magnetic resistance)(magnetic resistance)磁阻磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用。是表示磁路对磁通所起的阻碍作用。mmRF横截面S磁通3.1 磁路基础磁路基础3三、磁通、磁阻、磁动势三、磁通、磁阻、磁动势1、磁通连续原理、磁通连续原理2 2、环路定理：取环路、环路定理：取环路L，有，有 气铁B

2、S气铁BBLWIdlHWIHlH气铁HBr0mrFBlB00气铁rmlFB0BS气铁RRFSSlFmrm003.1 磁路基础磁路基础4四、磁阻的一般方程四、磁阻的一般方程SlSlRrm0000114321222RRRRRm3.1 磁路基础磁路基础5五、带铁芯线圈（铁芯相对五、带铁芯线圈（铁芯相对磁导率磁导率 r可达可达102104 ）自感：自感：磁链与回路电流的比值磁链与回路电流的比值L与与l 成非线性关系成非线性关系。AUI123mRWIWIL2SlSlRrm002rllSWL023.1 磁路基础磁路基础6变磁阻式传感器简介变磁阻式传感器简介变磁阻式传感器是将被测量转换成电感或互感变化的传感

3、器。变磁阻式传感器是将被测量转换成电感或互感变化的传感器。按其转换方式的不同，可分为按其转换方式的不同，可分为自感型自感型互感型互感型变磁阻式传感器变磁阻式传感器应用很广应用很广测量测量: 力、力矩、压力、位移、速度、振动等参数力、力矩、压力、位移、速度、振动等参数动态特性动态特性：静态测量或动态测量。：静态测量或动态测量。优点：优点： 输出功率大（输出功率大（1vA5vA），不经放大而直接指示和记录。），不经放大而直接指示和记录。 结构简单，工作可靠，可在工业频率下稳定工作。结构简单，工作可靠，可在工业频率下稳定工作。73.2 3.2 自感式传感器自感式传感器一、工作原理与输出特性一、工作原

4、理与输出特性 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。按磁路自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有三种几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有三种 变气隙式变气隙式 变面积式变面积式 螺管式螺管式按磁路的结构型式又有按磁路的结构型式又有型、型、E型、罐型、罐型等等；型等等；按组成方式分，有按组成方式分，有单一式单一式与与差动式差动式两种。两种。83.2 3.2 自感式传感器自感式传感器1、变气隙式自感传感器、变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器的结构原理见下图。由于气隙通常较变气隙式自感传感器的结构原理见下图。由于气隙通常较小

5、，可以认为气隙磁场是均匀的小，可以认为气隙磁场是均匀的非线性明显非线性明显灵敏度灵敏度l小小灵敏度高灵敏度高受工艺和结构限制，并保证一定的受工艺和结构限制，并保证一定的测量范围与线性度，测量范围与线性度，常取常取l/20.10.5， (1/51/10)。rellKlSWL/102SWK20rllLdldLK/193.2 3.2 自感式传感器自感式传感器2、变面积式自感传感器、变面积式自感传感器l不变，磁通截面积不变，磁通截面积S随被测非电量而变（衔铁水平方向移动）随被测非电量而变（衔铁水平方向移动）灵敏度灵敏度 为常数。为常数。忽略气隙磁通边缘效应忽略气隙磁通边缘效应输出特性为线性输出特性为线

6、性大线性范围大线性范围。灵敏度低于灵敏度低于变气隙式。变气隙式。欲提高灵敏度，需减小欲提高灵敏度，需减小l，SKSllWLr/02rllWK/02103.2 3.2 自感式传感器自感式传感器3、螺管式自感传感器螺管式自感传感器 由平均半径为由平均半径为r r的螺管线圈、衔铁和磁性套筒等组成。随的螺管线圈、衔铁和磁性套筒等组成。随着衔铁插入深度的不同将引起线圈泄漏路径中磁阻变化，着衔铁插入深度的不同将引起线圈泄漏路径中磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。从而使线圈的电感发生变化。 113.2 3.2 自感式传感器自感式传感器4、差动式自感传感器差动式自感传感器 由两单一式结构对称组合，构成差动式

7、自感传感器。由两单一式结构对称组合，构成差动式自感传感器。改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的稳定性。稳定性。123.2 3.2 自感式传感器自感式传感器二、二、测量电路测量电路1.1. 电桥电路电桥电路 2.2. 谐振电路谐振电路 3.3. 调频电路调频电路 4.4. 相敏检波电路相敏检波电路 133.2 3.2 自感式传感器自感式传感器1.1.电桥电路电桥电路 自感式传感器常用的交流电桥有自感式传感器常用的交流电桥有2 2种：种

8、：（1 1）输出端对称电桥输出端对称电桥 (a)(a)为为一般形式一般形式。Z Z1 1、Z Z2 2为传感器两线圈阻抗为传感器两线圈阻抗 。(b)(b)是是(a)(a)的变型，称为的变型，称为变压器电桥变压器电桥。它以变压器两个次级作。它以变压器两个次级作为电桥平衡臂。使用元件少，输出阻抗小，电桥开路时电路为电桥平衡臂。使用元件少，输出阻抗小，电桥开路时电路呈线性，因此呈线性，因此应用较广应用较广。 图图3.6 3.6 输出端对称电桥输出端对称电桥 ( () )一般形式；一般形式；( () )变压器电桥变压器电桥 14（2 2）电源端对称电）电源端对称电桥桥变压器次级接地变压器次级接地避免静

9、电感应干扰避免静电感应干扰，开路时电桥本身存在开路时电桥本身存在非线性非线性，只用于，只用于示值范围较小场合示值范围较小场合。 3.2 3.2 自感式传感器自感式传感器图图3.73.7 电源端对称电桥电源端对称电桥 153.2 3.2 自感式传感器自感式传感器2.2.谐振电路谐振电路1)1) 线圈电感量变化线圈电感量变化谐振曲线移动。谐振曲线移动。2)2) 若激励源的频率为若激励源的频率为f ,f ,则其工作点在同一频率的直线上移则其工作点在同一频率的直线上移动，例如动，例如A A点移至点移至B B点，输出电压的幅值就发生相应变化。点，输出电压的幅值就发生相应变化。3)3) 特点：灵敏度高，非

10、线性严重。特点：灵敏度高，非线性严重。常与单线圈自感式传感器配合，常与单线圈自感式传感器配合，用于测量范围小或线性度要求不高的场合。用于测量范围小或线性度要求不高的场合。 图图3.83.8 ( () )谐振电路谐振电路 ( () )谐振曲线谐振曲线 163.2 3.2 自感式传感器自感式传感器3.3.调频电路调频电路 当传感器线圈电感当传感器线圈电感L L发生变化时，调频振荡器的输出频发生变化时，调频振荡器的输出频率相应变化。利用阶梯形无骨架线圈，可使衔铁的位移变化率相应变化。利用阶梯形无骨架线圈，可使衔铁的位移变化与输出频差变化呈线性关系。与输出频差变化呈线性关系。 由于输出为由于输出为频率

11、信号频率信号，这种电路的，这种电路的抗干扰能力很强抗干扰能力很强，电，电缆长度可达缆长度可达1km1km，特别适合于野外现场使用。，特别适合于野外现场使用。图图3.103.10 电感调频式位移传感器结构图电感调频式位移传感器结构图 1 1谐振电容；谐振电容；2 2调频振荡器；调频振荡器；3 3电感线圈；电感线圈；4 4磁性套筒；磁性套筒；5 5导杆导杆( (衔铁衔铁) )173.2 3.2 自感式传感器自感式传感器4.4.相敏检波电路相敏检波电路能够判别电桥失衡的方向，能够判别电桥失衡的方向，用于判别被测量正负方向。用于判别被测量正负方向。例例： Z1增大、增大、Z2减小减小 U0: UC U

12、o0 U0: UC Uo018温度的影响温度的影响环境温度变化环境温度变化=自感传感器的零点漂移、灵敏度漂移以及自感传感器的零点漂移、灵敏度漂移以及线性度和相位的变化，造成温度误差。线性度和相位的变化，造成温度误差。环境温度对自感传感器的影响主要通过：环境温度对自感传感器的影响主要通过：(1)(1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化；材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化；(2)(2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化；材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化；(3)(3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈

13、电感量及寄生电容的改变数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。等造成。3.2 3.2 自感式传感器自感式传感器193.3 3.3 互感式传感器互感式传感器互感式传感器（互感式传感器（Liner Variable Differential Transformer ）简称LVDT是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作，因此又称为方式工作，因此又称为差动变压器差动变压器。203.3 3.3 互感式传感器互感式传感器一、

14、互感式传感器的基本原理一、互感式传感器的基本原理在忽略线圈寄生电容与铁心损耗的情况下，差动变压器的在忽略线圈寄生电容与铁心损耗的情况下，差动变压器的等效电路如图所示。等效电路如图所示。U U，I I初级线圈激励电压与电流初级线圈激励电压与电流( (频率为频率为)；L L2121，L L2222和和R R2121，R R2222分别为两个次级线圈的电感和电阻分别为两个次级线圈的电感和电阻M M1 1，M M2 2分别为初级与次级线圈分别为初级与次级线圈1 1，2 2间的互感；间的互感； L L1 1，R R1 1初级线圈电感与电阻。初级线圈电感与电阻。开路输出电压为两次级线圈开路输出电压为两次级

15、线圈感应电势之差感应电势之差 IMMjEEUo212221213.3 3.3 互感式传感器互感式传感器二、差动变压器的类型二、差动变压器的类型有有变气隙式、变面积式、螺管式变气隙式、变面积式、螺管式三种类型三种类型 。223.3 3.3 互感式传感器互感式传感器三、传感特性三、传感特性型差动变压器的输出特性为：型差动变压器的输出特性为：为初始气隙；为初始气隙；W W1 1为初级线圈匝数；为初级线圈匝数；W W2 2为次级线圈匝数；为次级线圈匝数；为衔铁上移量为衔铁上移量。1.1. 输出电压输出电压U U0 0与衔铁位移与衔铁位移成比例成比例，线性线性。2.2. 灵敏度随灵敏度随电源电压电源电压

16、U U和和变压比变压比W W2 2W W1 1的增大而提高，的增大而提高， 随初始气隙减小而增大。随初始气隙减小而增大。 0210WWUU1200WWUUK23哪个是自感式，哪个是互感式？哪个是自感式，哪个是互感式？1. 灵敏度有何特点？灵敏度有何特点？2. 线性度有何特点？线性度有何特点？24电感式传感器的应用电感式传感器的应用 电感式传感器主要用于测量位移与尺寸，也可测量能转换电感式传感器主要用于测量位移与尺寸，也可测量能转换成位移变化的其他参数，如力、张力、压力、压差、振动、成位移变化的其他参数，如力、张力、压力、压差、振动、应变、转矩、流量、比重等。应变、转矩、流量、比重等。位移与尺寸

17、测量位移与尺寸测量压力测量压力测量力和力矩测量力和力矩测量振动测量振动测量25263.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器电涡流式传感器是利用电涡流效应进行工作的。由于结构电涡流式传感器是利用电涡流效应进行工作的。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行并能进行非接触测量非接触测量，适用范围广，它一问世就受到各国，适用范围广，它一问世就受到各国的重视。目前，这种传感器已广泛用来测量的重视。目前，这种传感器已广泛用来测量位移位移 振动振动 厚度厚度转速转速 温度温度 硬度硬度还用于无损探伤领域。还用于无损探伤领域。

18、273.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器一一. .工作原理工作原理 有一通以交变电流的传感器线圈。由于电流的存在，线圈周有一通以交变电流的传感器线圈。由于电流的存在，线圈周围就产生一个交变磁场围就产生一个交变磁场H H1 1。若被测导体置于该磁场范围内，。若被测导体置于该磁场范围内，导体内便产生电涡流，也将产生一个新磁场导体内便产生电涡流，也将产生一个新磁场H H2 2，H H2 2与与H H1 1方向方向相反，力图削弱原磁场相反，力图削弱原磁场H H1 1, ,从而导致线圈的从而导致线圈的电感、阻抗和品电感、阻抗和品质因数质因数发生变化。这些参数变化与导体的几何形状、电导率、发生变化

19、。这些参数变化与导体的几何形状、电导率、磁导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体磁导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中一个参数改变，余者皆间的距离有关。如果控制上述参数中一个参数改变，余者皆不变，就能构成测量该参数的传感器。不变，就能构成测量该参数的传感器。 28二二. .测量电路测量电路 根据电涡流式传感器的工作原理，其测量电路有三种：根据电涡流式传感器的工作原理，其测量电路有三种：1.1. 谐振电路谐振电路2.2. 电桥电路电桥电路3.3. Q Q值测试电路值测试电路这里主要介绍这里主要介绍谐振电路谐振电路。目前有三种类型：。目前有

20、三种类型：1.1. 定频调幅式定频调幅式2.2. 变频调幅式变频调幅式3.3. 调频式。调频式。 3.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器293.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器1.1.定频调幅电路定频调幅电路 L L为传感器线圈电感，与电容为传感器线圈电感，与电容C C组成并联谐振回路，晶体组成并联谐振回路，晶体振荡器提供高频激励信号。振荡器提供高频激励信号。 在无被测导体时在无被测导体时，LCLC并联谐振回路调谐在与晶体振荡器频并联谐振回路调谐在与晶体振荡器频率一致的谐振状态，这时回路阻抗最大，回路压降最大。率一致的谐振状态，这时回路阻抗最大，回路压降最大。 当传感器接近被测导

21、体时，当传感器接近被测导体时，损耗功率增大，回路失谐，输损耗功率增大，回路失谐，输出电压相应变小。出电压相应变小。 这样，在一定范围内，输出电压幅值与间隙这样，在一定范围内，输出电压幅值与间隙( (位移位移) )成近成近似线性关系。由于输出电压的频率似线性关系。由于输出电压的频率f f0 0始终恒定，因此称定频始终恒定，因此称定频调幅式。调幅式。 图图3.273.27 定频调幅电路框图定频调幅电路框图 302.2.变频调幅电路变频调幅电路 定频调幅定频调幅电路虽然有很多优点，并获得广泛应用，但线电路虽然有很多优点，并获得广泛应用，但线路较复杂，装调较困难，路较复杂，装调较困难，线性范围也不够宽

22、线性范围也不够宽。 因此，人们又研究了一种因此，人们又研究了一种变频调幅变频调幅电路，这种电路的基电路，这种电路的基本原理是将传感器线圈直接接入电容三点式振荡回路。当导本原理是将传感器线圈直接接入电容三点式振荡回路。当导体接近传感器线圈时，由于涡流效应的作用，振荡器输出电体接近传感器线圈时，由于涡流效应的作用，振荡器输出电压的压的幅度幅度和和频率频率都发生变化都发生变化 。除结构简单、成本较低外，除结构简单、成本较低外，还具有灵敏度高、线性范围宽等优点还具有灵敏度高、线性范围宽等优点 。定频调幅定频调幅变频调幅变频调幅313.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器3.3.调频电路调频电路调频

23、电路与变频调幅电路一样，将传感器线圈接入电容三调频电路与变频调幅电路一样，将传感器线圈接入电容三点式振荡回路，所不同的是，以振荡点式振荡回路，所不同的是，以振荡频率的变化频率的变化作为输出作为输出信号。信号。如欲以电压作为输出信号，则应后接鉴频器。如欲以电压作为输出信号，则应后接鉴频器。这种电路的关键是提高振荡器的频率稳定度。通常可以从这种电路的关键是提高振荡器的频率稳定度。通常可以从环境温度变化、电缆电容变化及负载影响三方面考虑。环境温度变化、电缆电容变化及负载影响三方面考虑。 32三三. .电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 1.1.测位移测位移 3.3 3.3 电涡流式电涡流式传感

24、器传感器液位监控系统液位监控系统 333.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器2.2.测厚度测厚度 板厚板厚d dD D（x x+ +x x2 2）。）。工作时，两个传感器分别测得工作时，两个传感器分别测得x x1 1和和x x2 2。 测金属板厚度示意图测金属板厚度示意图 343.3 3.3 电涡流式电涡流式传感器传感器3.3.测温度测温度在较小的温度范围内，导体的电阻率与温度的关系为在较小的温度范围内，导体的电阻率与温度的关系为 (3-42)(3-42)式中式中 1 1、0 0分别为温度分别为温度t t1 1与与t t0 0时的电阻率；时的电阻率； a a在给定温度范围内的电阻温度系数

25、。在给定温度范围内的电阻温度系数。若保持电涡流式传感器的若保持电涡流式传感器的机、电、磁各参数机、电、磁各参数不变不变，使传感器的输出只随被测，使传感器的输出只随被测导体电阻率导体电阻率而变而变，就可测得温度的变化。上述原理可，就可测得温度的变化。上述原理可用来测量液体、气体介质温度或金属材料用来测量液体、气体介质温度或金属材料的表面温度，适合于低温到常温的测量。的表面温度，适合于低温到常温的测量。 ）（0101t-ta11-1-补偿线圈；补偿线圈；2-2-管架；管架；3-3-测量线圈；测量线圈；4-4-隔热衬垫；隔热衬垫；5-5-温度敏感元件温度敏感元件 35感应式接近开关感应式接近开关In

26、ductive Proximity sensors361. A coil on a ferrite core2. An oscillator3. A trigger-signal level detector4. An output circuit. Structure371. Generating an electromagnetic field.2. Metal object advances into the field, eddy currents induced.3. Loss of energy and a smaller amplitude of oscillation4. Th

27、e detector circuit then recognizes a specific change in amplitude and generates a signal which will turn the solid-state output “ON” or “OFF”Operation38Application - Positioning39Application - Positioning4041423.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器一压磁效应一压磁效应1 1、磁致伸缩效应磁致伸缩效应铁磁材料在磁场中磁化时，在磁场方向会伸长或缩短的现象。铁磁材料在磁场中磁化时，在磁场方向

28、会伸长或缩短的现象。2 2、磁致伸缩系数磁致伸缩系数材料随磁场强度的增加而伸长或缩短不是无限制的，最终会达材料随磁场强度的增加而伸长或缩短不是无限制的，最终会达到饱和。各种材料的饱和伸缩比是定值，称到饱和。各种材料的饱和伸缩比是定值，称磁致伸缩系数磁致伸缩系数，用，用s表示，即表示，即式中式中 伸缩比。伸缩比。 3、物理机制、物理机制 铁磁材料的这种磁致伸缩，是由于自发磁化时导致物质的铁磁材料的这种磁致伸缩，是由于自发磁化时导致物质的晶格结构改变，使原子间距发生变化而产生的现象。晶格结构改变，使原子间距发生变化而产生的现象。 Sll /Sll /433.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器4、

29、压磁材料、压磁材料正磁致伸缩正磁致伸缩 ：在一定的磁场范围内，一些材料在一定的磁场范围内，一些材料( (如如Fe)Fe)的的s 为正值为正值 。负磁致伸缩负磁致伸缩 ： s 为负值为负值 。5、磁弹性能磁弹性能 铁磁物体被磁化时如果受到限制而不能伸缩，内部会产铁磁物体被磁化时如果受到限制而不能伸缩，内部会产生应力生应力 。 内部应力内部应力必然存在磁弹性能必然存在磁弹性能E。 E与与s成正比，且同磁化方向与应力方向之间的夹角有成正比，且同磁化方向与应力方向之间的夹角有关。关。 由于由于E的存在，将使铁磁材料的磁化方向发生变化。的存在，将使铁磁材料的磁化方向发生变化。 443.5 3.5 压磁式

30、传感器压磁式传感器6、应力状态下内部磁场的变化、应力状态下内部磁场的变化正磁致伸缩材料正磁致伸缩材料 拉应力拉应力 使磁化方向转向拉应力方向。使磁化方向转向拉应力方向。 加强拉应力方向的磁化，使拉应力方向的磁导率增大。加强拉应力方向的磁化，使拉应力方向的磁导率增大。 压应力压应力 使磁化方向转向垂直于压应力的方向使磁化方向转向垂直于压应力的方向 。 削弱压应力方向的磁化，使压应力方向的磁导率减小。削弱压应力方向的磁化，使压应力方向的磁导率减小。 453.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器7 7、磁弹性效应（压磁效应、磁弹性效应（压磁效应 ） 被磁化的铁磁材料在应力影响下形成磁弹性能，使磁化强

31、被磁化的铁磁材料在应力影响下形成磁弹性能，使磁化强度矢量重新取向从而改变应力方向的磁导率的现象。度矢量重新取向从而改变应力方向的磁导率的现象。铁磁材料的相对导磁率变化与应力铁磁材料的相对导磁率变化与应力之间的关系为之间的关系为 式中式中 铁磁材料的磁导率；铁磁材料的磁导率； BS饱和磁感应强度。饱和磁感应强度。 从式从式(3-44)(3-44)可知，用于磁弹性式传感器的铁磁材料要求能承受可知，用于磁弹性式传感器的铁磁材料要求能承受大的应力大的应力、磁导率高磁导率高、饱和磁感应强度小饱和磁感应强度小。常用的材料是常用的材料是硅钢片硅钢片与与铁镍软磁合金铁镍软磁合金，由于后者价贵且性能不，由于后者

32、价贵且性能不够稳定，目前大都采用硅钢片。够稳定，目前大都采用硅钢片。 22SSB463.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器二压磁式传感器的工作原理二压磁式传感器的工作原理 压磁元件由具有正磁致伸缩特性的硅钢片粘叠而成。压磁元件由具有正磁致伸缩特性的硅钢片粘叠而成。 硅钢片上有四个对称的孔，硅钢片上有四个对称的孔，1 1、2 2的连线与的连线与3 3、4 4的的相垂相垂直。直。 孔孔1 1、2 2间绕有激磁绕组间绕有激磁绕组W W1212，孔，孔3 3、4 4间绕有测量绕组间绕有测量绕组W W3434。 外力外力F F与绕组与绕组W W1212、W W3434所在平面成所在平面成4545角。角

33、。 图图3.333.33 压磁式测力传感器的工作原理压磁式测力传感器的工作原理 473.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器图图3.333.33 压磁式测力传感器的工作原理压磁式测力传感器的工作原理 无外力作用时无外力作用时 A A、B B、C C、D D四部分的磁导率相同，磁力线呈对称分布，四部分的磁导率相同，磁力线呈对称分布，磁场强度磁场强度H H平行于测量绕组平行于测量绕组W34的平面。的平面。导磁体沿导磁体沿H H方向磁化，磁通密度方向磁化，磁通密度B B与与H H取向相同。取向相同。测量绕组测量绕组W34无磁通通过，故不产生感应电势。无磁通通过，故不产生感应电势。 483.5 3.5

34、 压磁式传感器压磁式传感器图图3.333.33 压磁式测力传感器的工作原理压磁式测力传感器的工作原理 对压磁元件施加压力对压磁元件施加压力F F A A、B B区域有压应力区域有压应力，C C、D D区域近似自由状态。区域近似自由状态。对于正磁致伸缩材料，压应力对于正磁致伸缩材料，压应力使其磁化方向转向垂直于使其磁化方向转向垂直于压力的方向。压力的方向。 垂直方向垂直方向下降，磁阻增大下降，磁阻增大；水平；水平方向方向上升，磁阻减小。上升，磁阻减小。磁通密度磁通密度B B偏向水平方向，与偏向水平方向，与W W3434交链，产生感应电势交链，产生感应电势e e。经变换后，即能用电流或电压来表示被

35、测力经变换后，即能用电流或电压来表示被测力F F的大小。的大小。 493.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器三三.压磁式测力传感器的结构压磁式测力传感器的结构 1. 压磁元件压磁元件2. 弹性体：弹性体：保证压磁元件受力点不变。保证压磁元件受力点不变。3. 传力元件：传力元件：保证被测力集中作用于传感器保证被测力集中作用于传感器图图 压磁式测力传感器的结构压磁式测力传感器的结构 503.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器四、测量电路四、测量电路压磁式传感器的输出信号较大，一般不需要放大。压磁式传感器的输出信号较大，一般不需要放大。测量电路组成：激磁电源、滤波电路、相敏整流。测量电路组成：激磁电源、滤波电路、相敏整流。五、温度补偿五、温度补偿 铁磁材料的磁化特性随温度而变，需要温度补偿。常用铁磁材料的磁化特性随温度而变，需要温度补偿。常用差动回路差动回路。图图 压磁式传感器的电路原理框图压磁式传感器的电路原理框图513.5 3.5 压磁式传感器压磁式传感器六、应用六、应用常用于汽车工业和机械制造业中力、转矩和压力的测量。常用于汽车工业和机械制造业中力、转矩和压力的测量。