織機(jī)恒經(jīng)紗張力控制中磁致伸縮傳感器的應(yīng)用
目前，傳感器的研究、設(shè)計、試制、生產(chǎn)、檢測與應(yīng)用等諸項內(nèi)容在內(nèi)的傳感器技術(shù)，已逐漸形成了一門相對獨(dú)立的專門學(xué)科。本文將介紹一種新型傳感!磁致伸縮傳感器及織機(jī)經(jīng)紗恒張力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
1、逆磁致伸縮效應(yīng)與磁致伸縮傳感器簡介
某些磁致伸縮材料如硅鋼片、坡莫合金等，在外力的作用下，引起內(nèi)部發(fā)生變形，產(chǎn)生應(yīng)力，使各磁疇間的界限發(fā)生移動，磁疇磁化強(qiáng)度矢量扭動，從而使材料的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化，這種由于應(yīng)力使磁性材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為逆磁致伸縮磁效應(yīng)，也稱為壓磁效應(yīng)。
磁致伸縮材料受壓力作用時，在作用力方向磁導(dǎo)率減少，而在與作用力相垂直的方向，磁導(dǎo)率略有增大。作用力為拉力時則相反。當(dāng)作用力取消后，磁導(dǎo)率恢復(fù)原值。磁致伸縮效應(yīng)的強(qiáng)弱除了與外作用力有關(guān)，還跟磁場的強(qiáng) 度 有 關(guān) 如 圖 # 所示。從圖中還可以看出，$%&坡莫合金的磁致伸縮效應(yīng)較強(qiáng)，非常適合制作傳感器。因此，利用逆磁致伸縮磁效應(yīng)制成的傳感器稱為磁致伸縮傳感器（壓磁式傳感器）。
2、磁致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能
磁致伸縮傳感器由測壓頭和控制單元組成。而測壓頭又包括一個特別的機(jī)架、壓磁頭和傳力鋼球組成。下面以一種典型的壓頭結(jié)構(gòu)來說明這種傳感器的結(jié)構(gòu)。
（1）壓磁頭的結(jié)中的壓磁頭元件是由沖壓形成的冷扎硅鋼片，經(jīng)熱處理后疊成一定的厚 度 ，由環(huán)氧樹脂黍合在一 起 ，然后在兩對互相垂直的孔中分別繞上激磁繞組和測量繞組。為了在長期使用壓磁頭結(jié)構(gòu)過程中能保持力作用點(diǎn)的位置不變，將壓磁元件裝入一個由彈簧鋼制成的彈性機(jī)架內(nèi)，機(jī)架的兩道彈性梁使被測力能垂直均勻地作用于壓磁元件上。機(jī)架上的傳力鋼球能保證被測力集中作用于傳感器上，機(jī)架與壓磁元件的接合面有一定的平直度和表面粗糙度要求。它們之間的配合為有一定預(yù)壓力的過盈配合，以保證在使用過程中壓磁元件的位置和受力情況不會改變。預(yù)壓力一般為額定被測壓力的5%-15%。
（2）磁致伸縮傳感器的工件原理。在硅鋼片上相互垂直地開有兩對孔 1、 2和3、3。孔 1、2 間繞有一次激磁繞組，孔3、4 間繞有二次測量繞組。當(dāng)一次繞組通以一定的交變電流時，鐵芯中就會產(chǎn)生磁場。設(shè)想把孔間分成a、b、c、d四個部分，在不受外力作用的情況下，由于鐵磁體具有磁的各向同性的原理，a、b、c、d 四個部分的磁導(dǎo)率 ! 是相同的。此時一次繞組產(chǎn)生的磁力線呈軸對稱分布。所以其合成磁場強(qiáng)度 % 平行于二次繞組的平面，即磁力線不與二次繞組交鏈，所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。當(dāng)壓磁頭受到外力p 作用時 ，ab區(qū)域在受到很大的壓應(yīng)力，而cd區(qū)域仍處在自由狀態(tài)。于是ab區(qū)域在受壓方向 （垂直方向）的磁導(dǎo)率μ下降，磁阻增大，而 cd區(qū)域的磁導(dǎo)率仍不變。這樣，部分磁力線將不再通過ab區(qū)域，而繞過cd區(qū)域而閉合。磁力線被扭曲變形，合成磁場強(qiáng)度 h與二次繞組相交鏈，從而在二次繞組中感應(yīng)出電動勢。且壓力越大，轉(zhuǎn)移的磁通越多，感應(yīng)電動勢e 也越大。
（3）磁致伸縮傳感器的輸出特性。傳感器的輸出特性在負(fù)載增加與負(fù)載減小時的特性曲線是不重合的。這是由于材料的彈性后效與磁滯效應(yīng)造成的。此外，由于鐵磁材料的曲線的非線性，測量繞組中的輸出信號的波形就會含有大量的高次諧波。
（4）磁致伸縮傳感器的特點(diǎn)。磁致伸縮傳感器的輸出功率大。額定壓力 & 作用下，磁導(dǎo)率的變化大約 10%-20%，一般測力范圍 10-50kn的傳感器，激磁繞組為8匝，測量繞組為10匝左右。抗力強(qiáng)，精度高，線性好，壽命長，維護(hù)方便。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和工作原理，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，在灰塵、水汽和腐蝕性氣體的環(huán)境中長期運(yùn)行可靠。
3、磁致伸縮傳感器在織機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用
根據(jù)織造工藝要求，織機(jī)在織造過程中經(jīng)紗張力應(yīng)保持穩(wěn)定，以保證能開清棱口，打緊緯紗。一般采用積極、連續(xù)電子式送經(jīng)機(jī)構(gòu)，均采用電子傳感器來檢測經(jīng)紗張力，織機(jī)的微處理器依據(jù)測量的經(jīng)紗張力來控制送經(jīng)馬達(dá) （伺服電機(jī)），以便在織造過程中盡可能獲得一個連續(xù)的恒定的經(jīng)紗張力。
傳感器的信號采集電路de-wt為傳感器信號，mcb為主微處理器所在的主控板，triax板為送經(jīng)、卷取馬達(dá)控制板 ，為 功 放驅(qū)動板。為了保證經(jīng)紗不會有過高或過低的張力，在軟件上可以設(shè)定經(jīng)紗的張力極限。所需的經(jīng)紗張力和其極限可調(diào)整，通過終端顯示屏顯示。dt-wt-cal為經(jīng)紗張力傳感器校準(zhǔn)檢測信號，用于檢測經(jīng)紗張力傳感器連接與否。在織機(jī)涉及到改變經(jīng)紗張力的織機(jī)運(yùn)動啟動前，這個信號電壓會立即升高 （0-26vdc）。這時傳感器的輸出電流正確值應(yīng)為 8ma。如果該值與標(biāo)準(zhǔn)值不一致，織機(jī)的當(dāng)前運(yùn)動停止，并在終端上顯示 “check tsf”。
通過前面對磁致伸縮傳感器特點(diǎn)的介紹，該傳感器還具有輸出功率大的特點(diǎn)，不需要專門的放大電路，但輸出信號中有高次諧波。其信號處理電路比較簡單。各部分的主要功能如下。匹配電壓器：使傳感器的輸出電壓升高，并使輸出阻抗匹配，使輸出功率增大。相敏檢波電路：將信號電壓變?yōu)閱蜗蛎}沖直流電壓。濾波電路：濾掉高次諧波。調(diào)零電路：用來補(bǔ)償傳感器原始磁場強(qiáng)度不平衡和壓磁元件裝在基座中的預(yù)壓力所形成的輸出信號。交流穩(wěn)壓電路：把輸入的電源利用 ; 共振電路產(chǎn)生恒流源，向激磁繞組和相敏檢波電路供電。整個信號處理電路都集成在triax 板上，經(jīng)處理后的信號送交信號采集電路處理。最后經(jīng)主微處理器進(jìn)行綜合處理，產(chǎn)生控制信號，經(jīng)pdaf板和triax板，產(chǎn)生送經(jīng)伺服馬達(dá)的驅(qū)動信號。保證經(jīng)紗有恒定、合理的上機(jī)動態(tài)張力。
4結(jié)論
綜上所述，磁致伸縮傳感器的 （壓磁式傳感器）性能可靠，使用方便，用途非常廣泛。可測力、壓力、力矩、重量等物理量。目前已廣泛用于軋機(jī)控制、運(yùn)輸機(jī)械控制、稱重裝置等。相信隨著傳感器的生產(chǎn)技術(shù)的提高，磁致伸縮傳感器的應(yīng)用必將會越來越受到重視。
關(guān)鍵詞：傳感器 伺服電機(jī)
一天生產(chǎn)950噸生石灰消化機(jī)廠家指導(dǎo)安裝
OMAL歐瑪爾執(zhí)行器SR030401S SR30 F04
原理與維修
力士樂新型閥放大器VT-MSPAx-2X產(chǎn)品技術(shù)介紹
SM38-10全自動智能軸承加熱器技術(shù)資料
織機(jī)恒經(jīng)紗張力控制中磁致伸縮傳感器的應(yīng)用
手柄式塑料點(diǎn)焊機(jī)焊接技術(shù)
微量振蕩器詳細(xì)技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用
數(shù)顯拉力計的保養(yǎng)方法
德國費(fèi)斯托電磁閥的原理及分類標(biāo)準(zhǔn)詳解
小鼠血清總補(bǔ)體(CH50）ELISA試劑盒操作說明
二手大型全自動烘干機(jī)適用廣泛
快訊-新型光電感測研究蓬勃，PD-RS 用于光電探測器&光電二極管響應(yīng)時間表征
中小學(xué)食堂快檢實(shí)驗室方案祥細(xì)配置
枸杞凍干機(jī)的工作原理和優(yōu)勢分析
上海祁立：疊螺式污泥脫水機(jī)實(shí)現(xiàn)減少化穩(wěn)定化無害化回收化
抗高溫防雨布綜合介紹
無塵凈化車間的清潔有要求
65機(jī)雙螺桿pe水環(huán)造粒機(jī)生產(chǎn)線
螺旋鋼帶保護(hù)套的用途
1、逆磁致伸縮效應(yīng)與磁致伸縮傳感器簡介
某些磁致伸縮材料如硅鋼片、坡莫合金等，在外力的作用下，引起內(nèi)部發(fā)生變形，產(chǎn)生應(yīng)力，使各磁疇間的界限發(fā)生移動，磁疇磁化強(qiáng)度矢量扭動，從而使材料的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化，這種由于應(yīng)力使磁性材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為逆磁致伸縮磁效應(yīng)，也稱為壓磁效應(yīng)。
磁致伸縮材料受壓力作用時，在作用力方向磁導(dǎo)率減少，而在與作用力相垂直的方向，磁導(dǎo)率略有增大。作用力為拉力時則相反。當(dāng)作用力取消后，磁導(dǎo)率恢復(fù)原值。磁致伸縮效應(yīng)的強(qiáng)弱除了與外作用力有關(guān)，還跟磁場的強(qiáng) 度 有 關(guān) 如 圖 # 所示。從圖中還可以看出，$%&坡莫合金的磁致伸縮效應(yīng)較強(qiáng)，非常適合制作傳感器。因此，利用逆磁致伸縮磁效應(yīng)制成的傳感器稱為磁致伸縮傳感器（壓磁式傳感器）。
2、磁致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能
磁致伸縮傳感器由測壓頭和控制單元組成。而測壓頭又包括一個特別的機(jī)架、壓磁頭和傳力鋼球組成。下面以一種典型的壓頭結(jié)構(gòu)來說明這種傳感器的結(jié)構(gòu)。
（1）壓磁頭的結(jié)中的壓磁頭元件是由沖壓形成的冷扎硅鋼片，經(jīng)熱處理后疊成一定的厚 度 ，由環(huán)氧樹脂黍合在一 起 ，然后在兩對互相垂直的孔中分別繞上激磁繞組和測量繞組。為了在長期使用壓磁頭結(jié)構(gòu)過程中能保持力作用點(diǎn)的位置不變，將壓磁元件裝入一個由彈簧鋼制成的彈性機(jī)架內(nèi)，機(jī)架的兩道彈性梁使被測力能垂直均勻地作用于壓磁元件上。機(jī)架上的傳力鋼球能保證被測力集中作用于傳感器上，機(jī)架與壓磁元件的接合面有一定的平直度和表面粗糙度要求。它們之間的配合為有一定預(yù)壓力的過盈配合，以保證在使用過程中壓磁元件的位置和受力情況不會改變。預(yù)壓力一般為額定被測壓力的5%-15%。
（2）磁致伸縮傳感器的工件原理。在硅鋼片上相互垂直地開有兩對孔 1、 2和3、3。孔 1、2 間繞有一次激磁繞組，孔3、4 間繞有二次測量繞組。當(dāng)一次繞組通以一定的交變電流時，鐵芯中就會產(chǎn)生磁場。設(shè)想把孔間分成a、b、c、d四個部分，在不受外力作用的情況下，由于鐵磁體具有磁的各向同性的原理，a、b、c、d 四個部分的磁導(dǎo)率 ! 是相同的。此時一次繞組產(chǎn)生的磁力線呈軸對稱分布。所以其合成磁場強(qiáng)度 % 平行于二次繞組的平面，即磁力線不與二次繞組交鏈，所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。當(dāng)壓磁頭受到外力p 作用時 ，ab區(qū)域在受到很大的壓應(yīng)力，而cd區(qū)域仍處在自由狀態(tài)。于是ab區(qū)域在受壓方向 （垂直方向）的磁導(dǎo)率μ下降，磁阻增大，而 cd區(qū)域的磁導(dǎo)率仍不變。這樣，部分磁力線將不再通過ab區(qū)域，而繞過cd區(qū)域而閉合。磁力線被扭曲變形，合成磁場強(qiáng)度 h與二次繞組相交鏈，從而在二次繞組中感應(yīng)出電動勢。且壓力越大，轉(zhuǎn)移的磁通越多，感應(yīng)電動勢e 也越大。
（3）磁致伸縮傳感器的輸出特性。傳感器的輸出特性在負(fù)載增加與負(fù)載減小時的特性曲線是不重合的。這是由于材料的彈性后效與磁滯效應(yīng)造成的。此外，由于鐵磁材料的曲線的非線性，測量繞組中的輸出信號的波形就會含有大量的高次諧波。
（4）磁致伸縮傳感器的特點(diǎn)。磁致伸縮傳感器的輸出功率大。額定壓力 & 作用下，磁導(dǎo)率的變化大約 10%-20%，一般測力范圍 10-50kn的傳感器，激磁繞組為8匝，測量繞組為10匝左右。抗力強(qiáng)，精度高，線性好，壽命長，維護(hù)方便。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和工作原理，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，在灰塵、水汽和腐蝕性氣體的環(huán)境中長期運(yùn)行可靠。
3、磁致伸縮傳感器在織機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用
根據(jù)織造工藝要求，織機(jī)在織造過程中經(jīng)紗張力應(yīng)保持穩(wěn)定，以保證能開清棱口，打緊緯紗。一般采用積極、連續(xù)電子式送經(jīng)機(jī)構(gòu)，均采用電子傳感器來檢測經(jīng)紗張力，織機(jī)的微處理器依據(jù)測量的經(jīng)紗張力來控制送經(jīng)馬達(dá) （伺服電機(jī)），以便在織造過程中盡可能獲得一個連續(xù)的恒定的經(jīng)紗張力。
傳感器的信號采集電路de-wt為傳感器信號，mcb為主微處理器所在的主控板，triax板為送經(jīng)、卷取馬達(dá)控制板 ，為 功 放驅(qū)動板。為了保證經(jīng)紗不會有過高或過低的張力，在軟件上可以設(shè)定經(jīng)紗的張力極限。所需的經(jīng)紗張力和其極限可調(diào)整，通過終端顯示屏顯示。dt-wt-cal為經(jīng)紗張力傳感器校準(zhǔn)檢測信號，用于檢測經(jīng)紗張力傳感器連接與否。在織機(jī)涉及到改變經(jīng)紗張力的織機(jī)運(yùn)動啟動前，這個信號電壓會立即升高 （0-26vdc）。這時傳感器的輸出電流正確值應(yīng)為 8ma。如果該值與標(biāo)準(zhǔn)值不一致，織機(jī)的當(dāng)前運(yùn)動停止，并在終端上顯示 “check tsf”。
通過前面對磁致伸縮傳感器特點(diǎn)的介紹，該傳感器還具有輸出功率大的特點(diǎn)，不需要專門的放大電路，但輸出信號中有高次諧波。其信號處理電路比較簡單。各部分的主要功能如下。匹配電壓器：使傳感器的輸出電壓升高，并使輸出阻抗匹配，使輸出功率增大。相敏檢波電路：將信號電壓變?yōu)閱蜗蛎}沖直流電壓。濾波電路：濾掉高次諧波。調(diào)零電路：用來補(bǔ)償傳感器原始磁場強(qiáng)度不平衡和壓磁元件裝在基座中的預(yù)壓力所形成的輸出信號。交流穩(wěn)壓電路：把輸入的電源利用 ; 共振電路產(chǎn)生恒流源，向激磁繞組和相敏檢波電路供電。整個信號處理電路都集成在triax 板上，經(jīng)處理后的信號送交信號采集電路處理。最后經(jīng)主微處理器進(jìn)行綜合處理，產(chǎn)生控制信號，經(jīng)pdaf板和triax板，產(chǎn)生送經(jīng)伺服馬達(dá)的驅(qū)動信號。保證經(jīng)紗有恒定、合理的上機(jī)動態(tài)張力。
4結(jié)論
綜上所述，磁致伸縮傳感器的 （壓磁式傳感器）性能可靠，使用方便，用途非常廣泛。可測力、壓力、力矩、重量等物理量。目前已廣泛用于軋機(jī)控制、運(yùn)輸機(jī)械控制、稱重裝置等。相信隨著傳感器的生產(chǎn)技術(shù)的提高，磁致伸縮傳感器的應(yīng)用必將會越來越受到重視。
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