传感器原理及检测技术电子课件教案第三章-电感式传感器.pptx

1定义：定义：是一种利用线圈自感和互感的变化实现非是一种利用线圈自感和互感的变化实现非 电量电测的装置。电量电测的装置。感测量：感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比重位移、振动、压力、应变、流量、比重 等。等。种类：种类：根据转换原理，分自感式、互感式、电涡根据转换原理，分自感式、互感式、电涡 流式三种；流式三种；根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管 型。型。2优点优点：结构简单、可靠，测量力小结构简单、可靠，测量力小分辨力高分辨力高机械位移机械位移0.1m0.1m，甚至更小；角位移，甚至更小；角位移0.10.1角秒。角秒。输出信号强，电压灵敏度可达数百输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm mV/mm。重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良在几十在几十mm到数百到数百mmmm的位移范围内，输出特性的的位移范围内，输出特性的线性度较好，且比较稳定。线性度较好，且比较稳定。能实现远距离传输、记录、显示和控制。能实现远距离传输、记录、显示和控制。不足不足：存在交流零位信号，不宜高频动态测量。存在交流零位信号，不宜高频动态测量。33.1 3.1 自感式传感器自感式传感器3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理总磁阻总磁阻总磁阻总磁阻线圈匝数线圈匝数线圈匝数线圈匝数两式联立得两式联立得:线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁图图3-1 3-1 电感式传感器电感式传感器I I 为线圈中所通交流电的有效值。为线圈中所通交流电的有效值。4空气导磁率空气导磁率空气导磁率空气导磁率磁导率磁导率磁导率磁导率导磁率导磁率导磁率导磁率H/mH/m而而其中其中如果如果A A保持不变，则保持不变，则L L为为 的单值函数，构成的单值函数，构成变变气隙式气隙式自感传感器自感传感器若保持若保持 不变，使不变，使A A随被测量（如位移）变化，则随被测量（如位移）变化，则构成构成变截面式变截面式自感传感器，自感传感器，5图图3-1 3-1 电感式传感器电感式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁67图图3-2 3-2 变截面式传感器变截面式传感器线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁衔衔铁铁移移动动方方向向8，ALL=f(A)L=f()图图3-3 3-3 电感传感器特性电感传感器特性9衔铁下移衔铁下移 3.1.2 3.1.2 变气隙式自感传感器的输出特性变气隙式自感传感器的输出特性衔铁衔铁10忽略高次项：忽略高次项：11衔铁上移衔铁上移 忽略高次项：忽略高次项：123.1.3 3.1.3 差动式自感传感器差动式自感传感器 在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁共用一个衔铁，构成差动式自感传感器，两个线，构成差动式自感传感器，两个线圈的圈的电气参数和几何尺寸电气参数和几何尺寸要求完全相同。这种结要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从化、电源频率变化等的影响也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。而减少了外界影响造成的误差。13 差动气隙式电感传感器由两个差动气隙式电感传感器由两个相同的电感相同的电感线圈线圈、和和磁路磁路组成组成,测量时测量时,衔铁通过导衔铁通过导杆与被测位移量相连杆与被测位移量相连,当被测体上下移动时当被测体上下移动时,导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动,使两使两个磁回路中个磁回路中磁阻磁阻发生大小相等发生大小相等,方向相反的变方向相反的变化化,导致一个线圈的电感量增加导致一个线圈的电感量增加,另一个线圈另一个线圈的电感量减小的电感量减小,形成差动形式。形成差动形式。14图图3-43-4是变气隙型、变面积型及螺管型三种类型是变气隙型、变面积型及螺管型三种类型的差动式自感传感器的结构示意图。当衔铁的差动式自感传感器的结构示意图。当衔铁3 3移移动时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电动时，一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减少，形成差动形式。感量减少，形成差动形式。图图3-4 3-4 差动式自感传感器差动式自感传感器1-1-线圈线圈 2-2-铁芯铁芯 3-3-衔铁衔铁 4-4-导杆导杆（a a）变气隙型变气隙型432131412344（b b）变面积型变面积型 （c c）螺管型螺管型15变气隙型差动式自感传感器变气隙型差动式自感传感器衔铁下移：衔铁下移：16忽略高次项：忽略高次项：提高一倍提高一倍 上式中不存在偶次项，显然差动式自感传感上式中不存在偶次项，显然差动式自感传感器的非线性误差在器的非线性误差在 工作范围内要比单个自工作范围内要比单个自感传感器的小得多。感传感器的小得多。17差动式差动式与与单线圈单线圈电感式传感器相比，具有下列电感式传感器相比，具有下列优点：优点：线性好；线性好；灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍；信号大一倍；温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小；精度的影响，由于能互相抵消而减小；电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而减小。消而减小。18三种类型比较三种类型比较：气隙型气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非线性严重，为了限制线性误差，示值范围只是非线性严重，为了限制线性误差，示值范围只能较小；它的自由行程小，因为衔铁在运动方向能较小；它的自由行程小，因为衔铁在运动方向上受铁心限制，制造装配困难。上受铁心限制，制造装配困难。截面型截面型自感传感器灵敏度较低，截面型的优自感传感器灵敏度较低，截面型的优点是具有较好的线性，因而测量范围可取大些。点是具有较好的线性，因而测量范围可取大些。螺管型螺管型自感传感器的灵敏度比截面型的更低，自感传感器的灵敏度比截面型的更低，但示值范围大，线性也较好，得到广泛应用。但示值范围大，线性也较好，得到广泛应用。19螺管式自感传感器螺管式自感传感器 它由平均半径为r的螺管线圈螺管线圈、衔铁衔铁和磁性套筒磁性套筒等组成。随着衔铁插入深度的不同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。20螺管式自感传感器螺管式自感传感器特点特点：测量范围大，数百毫米，灵敏度低，大量：测量范围大，数百毫米，灵敏度低，大量程直线位移。程直线位移。差动螺管式自感传感器差动螺管式自感传感器测量范围测量范围 1 200mm1 200mm线性度线性度 0.1%1%0.1%1%分辨率分辨率 0.01um 0，与与同频同相同频同相。D2i4u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2i3+-e1e2-+-+59D2负半周时负半周时故故i i，流经流经RL的电流为的电流为i=iii1u1u2+R-RLRD3D1D4RRT1T2i2-+e1e2+-+-60正半周正半周负半周负半周故故i i。流经。流经RL的电流为的电流为i=i4-i当衔铁在零位以下时，位移当衔铁在零位以下时，位移x（t）0，与与同频反相同频反相。D2i4u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2i3+-e1e2+-+-61同理同理:在在负半周负半周正半周时：正半周时：i i。流经。流经RL的电流为的电流为i=ii表示表示i0的方向也与规定的正方向相反。的方向也与规定的正方向相反。-+D2i1u1u2-R+RLRD3D1D4RRT1T2i2-e1e2+-62结论：结论：衔衔铁铁在在中中间间位位置置时时，无无论论参参考考电电压压是是正正半半周周还是负半周，在负载还是负半周，在负载RL上的输出电压始终为上的输出电压始终为0衔衔铁铁在在零零位位以以上上移移动动时时，无无论论参参考考电电压压是是正正半半周周还还是是负负半半周周，在在负负载载RL上上得得到到的的输输出出电电压压始始终为正。终为正。衔衔铁铁在在零零位位以以下下移移动动时时，无无论论参参考考电电压压是是正正半半周周还还是是负负半半周周，在在负负载载RL上上得得到到的的输输出出电电压压始始终为负。终为负。由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。由此可见，该电路能判别铁芯移动的方向。63t tU U1 10 0U U2 2t t0 0t ti i1 10 0t ti i2 20 0t ti i4 40 0t ti i0 00 0二级管相敏二级管相敏二级管相敏二级管相敏检波在检波在检波在检波在U1、U2同相位时同相位时的波形的波形t ti i3 30 064图图图图3-17 3-17 3-17 3-17 相敏检波前后的输出特性曲线相敏检波前后的输出特性曲线相敏检波前后的输出特性曲线相敏检波前后的输出特性曲线x x0 0 0 0U UU UL L L Lx x0 0 0 0U UU UL L L L（a a a a）经过相敏检波电路后，正位移输出正电压，经过相敏检波电路后，正位移输出正电压，负位负位移输出负电压。差动变压器的输出经过相敏检波移输出负电压。差动变压器的输出经过相敏检波以后，特性曲线由图以后，特性曲线由图3-17的（的（a）变成（）变成（b），），残残存电压也得到消除存电压也得到消除。（b b b b）65电感式传感器的应用电感式传感器的应用1.差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器66板的厚度测量板的厚度测量 67张力测量张力测量68力和压力的测量力和压力的测量69振动和加速度的测量振动和加速度的测量70液位液位测量测量71位移测量位移测量723.3电涡流式传感器电涡流式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，并能进行非接触测量，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位移、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数，以及用于无损探伤领域。73一一.工作原理工作原理图3.25电涡流式传感器的基本原理74如图3.25所示，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H1。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H2，H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1,从而导致线圈的电感、阻抗和品质因数发生变化。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。75图3.26等效电路为分析方便，我们将被测导体上形成的电涡流等效为一个短路环中的电流。这样，线圈与被测导体便等效为相互耦合的两个线圈，如图3.26所示。设线圈的电阻为R1，电感为L1，阻抗为Z1=R1+jL1；短路环的电阻为R2，电感为L2；线圈与短路环之间的互感系数为M。76M随它们之间的距离x减小而增大。加在线圈两端的激励电压为U1。根据基尔霍夫定律，可列出电压平衡方程组解之得77由此可求得线圈受金属导体涡流影响后的等效阻抗为线圈的等效电感为78由式(3-39)可见，由于涡流的影响，线圈阻抗的实数部分增大，虚数部分减小，因此线圈的品质因数Q下降。阻抗由Z1变为Z，常称其变化部分为“反射阻抗”。由式(3-39)可得式中 无涡流影响时线圈的无涡流影响时线圈的Q Q值；短路环的阻抗。短路环的阻抗。79Q值的下降是由于涡流损耗所引起，并与金属材料的导电性和距离x直接有关。当金属导体是磁性材料时，影响Q值的还有磁滞损耗与磁性材料对等效电感的作用。在这种情况下，线圈与磁性材料所构成磁路的等效磁导率e的变化将影响L。当距离x减小时，由于e增大而使L1变大。80由前面讨论可知，线圈-金属导体系统的阻抗、电感和品质因数都是该系统互感系数平方的函数。而互感系数又是距离x的非线性函数，因此当构成电涡流式位移传感器时，Z=f1(x)、L=f2(x)、Q=f3(x)都是非线性函数。但在一定范围内，可以将这些函数近似地用一线性函数来表示，于是在该范围内通过测量Z、L或Q的变化就可以线性地获得位移的变化。81传感器的结构传感器的结构1.线圈线圈2.框架框架3框架衬套框架衬套4支架支架5电缆电缆6插头插头82二二.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：谐振电路、电桥电路与Q值测试电路。这里主要介绍谐振电路。目前电涡流式传感器所用的谐振电路有三种类型：定频调幅式、变频调幅式与调频式。1.定频调幅电路定频调幅电路图3.27为这种电路的原理框图。83图中图中L为传感器线圈电感，与电容为传感器线圈电感，与电容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。在无被测导体时，振荡器提供高频激励信号。在无被测导体时，LC并联谐振回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，回路压降最大最大，回路压降最大(图图3.28中之中之U0)。图图3.273.27定频调幅电路框图定频调幅电路框图84当传感器接近被测当传感器接近被测导体时，损耗功率导体时，损耗功率增大，回路失谐，增大，回路失谐，输出电压相应变小。输出电压相应变小。这样，在一定范围这样，在一定范围内，输出电压幅值内，输出电压幅值与间隙与间隙(位移位移)成近成近似线性关系。由于似线性关系。由于输出电压的频率输出电压的频率f0始始终恒定，因此称定终恒定，因此称定频调幅式。频调幅式。852.变频调幅电路变频调幅电路定频调幅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，线性范围也不够宽。因此，人们又研究了一种变频调幅电路，这种电路的基本原理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，振荡器输出电压的幅度和频率都发生变化，利用振荡幅度的变化来检测线圈与导体间的位移变化，而对频率变化不予理会。86变频调幅电路的谐振曲线如图3.29所示。图3.29 变频调幅谐振曲线87无被测导体时，振荡回路的无被测导体时，振荡回路的Q值最高，振荡电压幅值最大，振荡值最高，振荡电压幅值最大，振荡频率为频率为f0。当有金属导体接近线圈时，涡流效应使回路。当有金属导体接近线圈时，涡流效应使回路Q值降低，值降低，谐振曲线变钝，振荡幅度降低，振荡频率也发生变化。当被测导谐振曲线变钝，振荡幅度降低，振荡频率也发生变化。当被测导体为软磁材料时，由于磁效应的作用，谐振频率降低，曲线左移；体为软磁材料时，由于磁效应的作用，谐振频率降低，曲线左移；被测导体为非软磁材料时，谐振频率升高，曲线右移。所不同的被测导体为非软磁材料时，谐振频率升高，曲线右移。所不同的是，振荡器输出电压不是各谐振曲线与是，振荡器输出电压不是各谐振曲线与f0的交点，而是各谐振曲的交点，而是各谐振曲线峰点的连线。线峰点的连线。88这种电路除结构简单、成本较低外，还具这种电路除结构简单、成本较低外，还具有灵敏度高、线性范围宽等优点，因此监有灵敏度高、线性范围宽等优点，因此监控等场合常采用它。必须指出，该电路用控等场合常采用它。必须指出，该电路用于被测导体为软磁材料时，虽由于磁效应于被测导体为软磁材料时，虽由于磁效应的作用使灵敏度有所下降，但磁效应时对的作用使灵敏度有所下降，但磁效应时对涡流效应的作用相当于在振荡器中加入负涡流效应的作用相当于在振荡器中加入负反馈，因而能获得很宽的线性范围。所以反馈，因而能获得很宽的线性范围。所以如果配用涡流板进行测量，应选用软磁材如果配用涡流板进行测量，应选用软磁材料。料。893.调频电路调频电路调频电路与变频调幅电路一样，将传感器线圈接入电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，以振荡频率的变化容三点式振荡回路，所不同的是，以振荡频率的变化作为输出信号。如欲以电压作为输出信号，则应后接作为输出信号。如欲以电压作为输出信号，则应后接鉴频器。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以从环境温度变化、电缆电容变化及负载影响三方面考虑。考虑。提高谐振回路元件本身的稳定性也是提高频率稳定度提高谐振回路元件本身的稳定性也是提高频率稳定度的一个措施。为此，传感器线圈的一个措施。为此，传感器线圈L可采用热绕工艺绕可采用热绕工艺绕制在低膨胀系数材料的骨架上，并配以高稳定的云母制在低膨胀系数材料的骨架上，并配以高稳定的云母电容或具有适当负温度系数的电容电容或具有适当负温度系数的电容(进行温度补偿进行温度补偿)作作为谐振电容为谐振电容C。此外，提高传感器探头的灵敏度也能。此外，提高传感器探头的灵敏度也能提高仪器的相对稳定性。提高仪器的相对稳定性。90低频透射式涡流传感器 透射式涡流传感器原理透射式涡流传感器原理线圈感应电势与厚度关系曲线线圈感应电势与厚度关系曲线测厚的依据测厚的依据:E的大小间接反映了的大小间接反映了M的厚度的厚度t91当选用不同的测试频率时，渗透深度当选用不同的测试频率时，渗透深度Q渗渗的值是不同的，的值是不同的，从而使从而使Et曲线的形状发生变化。曲线的形状发生变化。在在t较小的情况下，较小的情况下，Q小小曲线的斜率大于曲线的斜率大于Q大大曲线的斜率曲线的斜率而在而在t较大的情况下，较大的情况下，Q大大曲线的斜率大于曲线的斜率大于Q小小曲线的斜曲线的斜率。率。测量薄板时应选较高的频率，测量厚材时应选较测量薄板时应选较高的频率，测量厚材时应选较低的频率。低的频率。92涡流式传感器的应用被被测测参参数数变变换换量量特特征征位移、厚度、振动位移、厚度、振动 （1）非接触测量，连续测非接触测量，连续测量量（2）受剩磁的影响。受剩磁的影响。表面温度、电解质表面温度、电解质浓度浓度材质判别、速度材质判别、速度（温度）（温度）（1）非接触测量，连续测非接触测量，连续测量；量；（2）对温度变化进行补偿对温度变化进行补偿应力、硬度应力、硬度 （1）非接触测量，连续测非接触测量，连续测量；量；（2）受剩磁和材质影响受剩磁和材质影响探伤探伤 可以定量测量可以定量测量931位移测量位移测量(a)汽轮机主轴的轴向位移测量示意图汽轮机主轴的轴向位移测量示意图(b)磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图(c)金属试件的热膨胀系数测量示意图金属试件的热膨胀系数测量示意图 942振幅测量振幅测量(a)汽轮机和空气压缩机用监控主轴的径向振动的示意图汽轮机和空气压缩机用监控主轴的径向振动的示意图(b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图(c)通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近95963厚度测量厚度测量电涡流式厚度计的测量原理图电涡流式厚度计的测量原理图 974转速测量转速测量 f频率值频率值(Hz)；n旋转体的槽旋转体的槽(齿齿)数；数；N被测轴的转速被测轴的转速(rmin)。98995.涡流探伤涡流探伤可以用来检查金属的表面裂纹、热处理裂纹以及用于可以用来检查金属的表面裂纹、热处理裂纹以及用于焊接部位的探伤等。焊接部位的探伤等。综合参数综合参数(x,)的变化将引起传感器参数的变化，的变化将引起传感器参数的变化，通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的。通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的。在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度的，在在探伤时导体与线圈之间是有着相对运动速度的，在测量线圈上就会产生调制频率信号测量线圈上就会产生调制频率信号100a)比较浅的裂缝信号比较浅的裂缝信号b)经过幅值甄别后的信号经过幅值甄别后的信号在探伤时，重要的是缺陷信号和干扰信号比。在探伤时，重要的是缺陷信号和干扰信号比。为了获得需要的频率而采用滤波器，使某一频率的信号通为了获得需要的频率而采用滤波器，使某一频率的信号通过，而将干扰频率信号衰减。过，而将干扰频率信号衰减。用涡流探伤时的测量信号用涡流探伤时的测量信号101电涡流传感器测温度，由于测量范围宽、反应速度快、可实现电涡流传感器测温度，由于测量范围宽、反应速度快、可实现非接触测量，常用于在线检测非接触测量，常用于在线检测。图3.32 测温用涡流式传感器1-补偿线圈；2-管架；3-测量线圈；4-隔热衬垫；5-温度敏感元件1026.温度测量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式中式中1、0分别为温度分别为温度t1与与t0时的电阻率；时的电阻率；a在给定温度范围内的电阻温度系数。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机、电、磁各参数不变，若保持电涡流式传感器的机、电、磁各参数不变，使传感器的输出只随被测导体电阻率而变，就可使传感器的输出只随被测导体电阻率而变，就可测得温度的变化。上述原理可用来测量液体、气测得温度的变化。上述原理可用来测量液体、气体介质温度或金属材料的表面温度，适合于低温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。到常温的测量。103优点是：(1)不受金属表面涂料、油、水等介质的影响；(2)可实现非接触测量；(3)反应快。目前已制成热惯性时间常数仅1ms的电涡流温度计。除上述应用外，电涡流式传感器还可利用磁导率与硬度有关的特性实现非接触式硬度硬度连续测量等。104一、压磁效应一、压磁效应铁磁材料在磁场中磁化时，在磁场方向会伸长或缩短，这种现象称为磁致伸缩效应。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，称为磁致伸缩系数，用s表示，即 压磁式传感器压磁式传感器(3-43)式中 伸缩比。105在一定的磁场范围内，一些材料(如Fe)的s为正值，称为正磁致伸缩；反之，一些材料(如Ni)的s为负值，称为负磁致伸缩。测试表明，物体磁化时，不但磁化方向上会伸长(或缩短)，在偏离磁化方向的其他方向上也同时伸长(或缩短)，只是随着偏离角度的增大其伸长(或缩短)比逐渐减小，直到接近垂直于磁化方向反而要缩短(或伸长)。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。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。如果在它外部施力，也会产生应力。当铁磁物体因磁化而引起伸缩(且不管何种原因)产生应力时，其内部必然存在磁弹性能E。分析表明，E与s成正比，且同磁化方向与应力方向之间的夹角有关。由于E的存在，将使铁磁材料的磁化方向发生变化。106 对于正磁致伸缩材料，如果存在拉应力，将使磁化方向转向拉应力方向，加强拉应力方向的磁化，从而使拉应力方向的磁导率增大。反之，压应力将使磁化方向转向垂直于压应力的方向，削弱应力方向的磁化，从而使压应力方向的磁导率减小。对于负磁致伸缩材料，情况正好相反。这种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，称为磁弹性效应磁弹性效应，或称压磁效应。107铁磁材料的相对导磁率变化与应力之间的关系为 式中 铁磁材料的磁导率；BS饱和磁感应强度。从式(3-44)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、磁导率高、饱和磁感应强度小。常用的材料是硅钢片与铁镍软磁合金，由于后者价贵且性能不够稳定，目前大都采用硅钢片。108二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式测力传感器的压磁元件由具有正磁致伸缩特性的硅钢片粘叠而成。如图3.33所示。图3.33压磁式测力传感器的工作原理109三三.压磁式测力传感器的结构压磁式测力传感器的结构压磁式测力传感器的核心部件是压磁元件。组成压磁元件的铁心有四孔圆弧形、六孔圆弧形、“中”字形和“田”字形等多种，图为一种典型的测力传感器。可按测力大小、输出特性的要求和灵敏度等选用。为扩大测力范围，可以将几个冲片联成多联冲片。压磁式测力传感器的结构110四四.测量电路测量电路压磁式传感器的输出信号较大，一般不需要放大。所以测量电路主要由激磁电源、滤波电路、相敏整流和显示器等组成，基本电路如图所示。由于铁磁材料的磁化特性随温度而变，压磁式传感器通常要进行温度补偿。最常用的方法是将工作传感器与不受载体作用的补偿传感器构成差动回路。111压磁式传感器的测量电路原理框图