压磁式传感器的工作原理图解
压磁式传感器的工作原理图解
压磁式(又称磁弹式)传感器是一种力－电转换传感器。其基本原理是利用某些铁磁材料的压磁效应。
1. 压磁效应
压磁效应
铁磁材料在晶格形成过程中形成了磁畴，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，材料总的磁场强度为零。当有外磁场作用时，磁畴的磁化强度矢量向外磁场方向转动，材料呈现磁化。当外磁场很强时，各个磁畴的磁场强度矢量都转向与外磁场平行，这时材料呈现饱和现象。
在磁化过程中，各磁畴间的界限发生移动，因而产生机械变形，这种现象称为磁致伸缩效应。
铁磁材料在外力作用下，内部发生变形，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发生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
材料受到压力时，在作用力方向磁导率减小，而在作用力垂直方向磁导率略有增大；作用力是拉力时，其效果相反。
作用力取消后，磁导率复原。
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之间有单值的函数关系，必须使外磁场强度的数值一定。
2. 压磁式传感器工作原理
压磁式传感器的工作原理
在压磁材料的中间部分开有四个对称的小孔1、2、3和4，在孔1、2间绕有激励绕组n12，孔3、4间绕有输出绕组n34。当激励绕组中通过交流电流时，铁心中就会产生磁场。若把孔间空间分成a、b、c、d四个区域，在无外力作用的情况下，a、b、c、d四个区域的磁导率是相同的。这时合成磁场强度h平行与输出绕组的平面，磁力线不与输出绕组交链，n34不产生感应电动势，如图b所示。
在压力f作用下，如图c所示，a、b区域将受到一定的应力，而c、d区域基本处于自由状态，于是a、b区域的磁导率下降、磁阻增大，c、d区域的磁导率基本不变。这样激励绕组所产生的磁力线将重新分布，部分磁力线绕过c、d区域闭合，于是合成磁场h不再与n34平面平行，一部分磁力线与n34交链而产生感应电动势e。f值越大，与n34交链的磁通越多，e值越大。
压磁式传感器结构
由压磁元件1、弹性支架2、传力钢球3组成。
3. 压磁元件
压磁式传感器的核心是压磁元件，它实际上是一个力-电转换元件。压磁元件常用的材料有硅钢片、坡莫合金和一些铁氧体。
最常用的材料是硅钢片。为了减小涡流损耗，压磁元件的铁心大都采用薄片的铁磁材料叠合而成。
冲片形状
4. 压磁传感器的应用
压磁式传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构和电路简单、能在恶劣环境下工作、寿命长等一系列优点。目前，这种传感器已成功地用在冶金、矿山、造纸、印刷、运输等各个工业部门。例如用来测量轧钢的轧制力、钢带的张力、纸张的张力，吊车提物的自动测量、配料的称量、金属切削过程的切削力以及电梯安全保护等。
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在磁化过程中，各磁畴间的界限发生移动，因而产生机械变形，这种现象称为磁致伸缩效应。
铁磁材料在外力作用下，内部发生变形，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发生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
材料受到压力时，在作用力方向磁导率减小，而在作用力垂直方向磁导率略有增大；作用力是拉力时，其效果相反。
作用力取消后，磁导率复原。
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之间有单值的函数关系，必须使外磁场强度的数值一定。
2. 压磁式传感器工作原理
压磁式传感器的工作原理
在压磁材料的中间部分开有四个对称的小孔1、2、3和4，在孔1、2间绕有激励绕组n12，孔3、4间绕有输出绕组n34。当激励绕组中通过交流电流时，铁心中就会产生磁场。若把孔间空间分成a、b、c、d四个区域，在无外力作用的情况下，a、b、c、d四个区域的磁导率是相同的。这时合成磁场强度h平行与输出绕组的平面，磁力线不与输出绕组交链，n34不产生感应电动势，如图b所示。
在压力f作用下，如图c所示，a、b区域将受到一定的应力，而c、d区域基本处于自由状态，于是a、b区域的磁导率下降、磁阻增大，c、d区域的磁导率基本不变。这样激励绕组所产生的磁力线将重新分布，部分磁力线绕过c、d区域闭合，于是合成磁场h不再与n34平面平行，一部分磁力线与n34交链而产生感应电动势e。f值越大，与n34交链的磁通越多，e值越大。
压磁式传感器结构
由压磁元件1、弹性支架2、传力钢球3组成。
3. 压磁元件
压磁式传感器的核心是压磁元件，它实际上是一个力-电转换元件。压磁元件常用的材料有硅钢片、坡莫合金和一些铁氧体。
最常用的材料是硅钢片。为了减小涡流损耗，压磁元件的铁心大都采用薄片的铁磁材料叠合而成。
冲片形状
4. 压磁传感器的应用
压磁式传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构和电路简单、能在恶劣环境下工作、寿命长等一系列优点。目前，这种传感器已成功地用在冶金、矿山、造纸、印刷、运输等各个工业部门。例如用来测量轧钢的轧制力、钢带的张力、纸张的张力，吊车提物的自动测量、配料的称量、金属切削过程的切削力以及电梯安全保护等。
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