16、力与力矩传感器的原理、类型及安装要点

力与力矩传感器的原理、类型及安装要点

1. 磁弹性力与力矩传感器

1.1 磁弹性力传感器原理

磁弹性力传感器利用磁弹性或逆磁致伸缩效应（维拉里效应）。在该效应中，铁磁材料的磁导率取决于外部负载。当受到外部应力时，铁磁材料的磁基本圆会沿负载方向取向，负载移除后又恢复原状。机械应力会导致磁场产生各向异性畸变。

常见的各向异性传感器由一个带有初级绕组的变形元件构成，初级绕组用于产生交变磁场。变形元件中布置了两个次级线圈，一个与力的方向平行，另一个垂直。在无负载状态下，两个次级线圈中感应出相同的电压，且它们采用差分电路工作，使得无负载时感应电压相互抵消。当施加负载时，磁场发生畸变，两个线圈中感应出不同大小的电压，差分电路检测感应电压的差值作为测量值。

为降低涡流损耗，传感器可由变压器叠片制成。变形元件的大面积使其具有高刚度、高固有频率和良好的线性度。磁弹性传感器适用于大作用力测量，能达到较高的精度（0.1 - 0.2%）。由于其机械结构坚固，且对环境影响（如温度、湿度）不敏感，常用于工业环境。

1.2 磁致伸缩原理在扭矩非接触测量中的应用

磁致伸缩测量原理经改进后用于扭矩的非接触测量。在变形体的圆周方向的两个轨道A和B上，磁化出永久极性图案，此处的场强较低（约0.5 mT）。除了特殊的测量轴，也可将极性图案应用于正在运行的铁磁材料制成的轴上，但需要材料具有硬磁特性，淬火和回火钢等常用材料通常满足这一要求。

基于此原理的扭矩传感器中，在轴上靠近磁化轨道A和B的位置布置两个固定线圈。测量可在静止或旋转的轴上进行，两个线圈以相同的载波频率工作，信号采用差分电路测量。理想情况下，差分电路可完全补偿两个线圈中的