压磁元件工作的结构及其工作原理

压磁式传感器是一种无源传感器。它是利用铁磁材料的压磋效应,在受外力作用时,铁磁材料内部产生应力或应力变化,引起铁磁材料磁导率的变化而制成的传感器。当铁磁材料上同时绕有激磁绕组和测量绕组时,磁导率的变化就转换为绕组间耦合系数的变化,从而使输出电势发生变化,通过相应的测量电路,就可以根据输出电势的变化来衡量外力作用。压磁元件是压磁式传感器的外部作用力的敏感元件,它是压磁式传感器的核心部分。

其基本工作原理如下:

压磁元件的工作原理如图10-21(a)所示。在硅钢片上冲有四个对称的圆孔1、2和3、4。孔1、2间绕有激磁绕组(初级绕组)n12,孔3、4间绕有测量绕组(次级绕组)n34,当激磁绕组n12通过一定的交变电流时,铁芯中就产生一定大小的磁场。若将孔间分成A、B、C、D四个部分,在不受外力作用时,则这四个部分的磁导率相同,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,磁感线不与测量绕组n34交链,故不会产生电势,如图10-21(b)所示。

若在压力作用下,A、B区域将受到很大应力σ,而C、D区域内基本仍处于自由状态,于是A、B区域磁导率μ下降,磁阻Rm增大;而C、D区域的磁导率基本保持,那么整个磁芯中的磁导率处于非均匀分布。从而引起磁感线按不同磁导率重新分布,如图10-21(c)所示。合成磁场强度妃不再与测量绕组n34的平面平行,一部分磁感线与相交链而产生感应电势下。被测力下越大,交链的磁通越多,已值越大。感应电势已经适当的电路处理后就可用电流或电压来表示被测力的大小。