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          織機恒經紗張力控制中磁致伸縮傳感器的應用

          來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2022-04-15 10:24

            

                 目前,傳感器的研究、設計、試制、生產、檢測與應用等諸項內容在內的傳感器技術,已逐漸形成了一門相對獨立的專門學科。本文將介紹一種新型傳感!磁致伸縮傳感器及織機經紗恒張力控制系統中的應用。
          1、逆磁致伸縮效應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,引起內部發生變形,產生應力,使各磁疇間的界限發生移動,磁疇磁化強度矢量扭動,從而使材料的磁化強度和磁導率發生相應的變化,這種由于應力使磁性材料性質發生變化的現象稱為逆磁致伸縮磁效應,也稱為壓磁效應。
                 磁致伸縮材料受壓力作用時,在作用力方向磁導率減少,而在與作用力相垂直的方向,磁導率略有增大。作用力為拉力時則相反。當作用力取消后,磁導率恢復原值。磁致伸縮效應的強弱除了與外作用力有關,還跟磁場的強 度 " 有 關 如 圖 # 所示。從圖中還可以看出,$%&坡莫合金的磁致伸縮效應較強,非常適合制作傳感器。因此,利用逆磁致伸縮磁效應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構、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架、壓磁頭和傳力鋼球組成。下面以一種典型的壓頭結構來說明這種傳感器的結構。
          (1)壓磁頭的結中的壓磁頭元件是由沖壓形成的冷扎硅鋼片,經熱處理后疊成一定的厚 度 ,由環氧樹脂黍合在一 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構過程中能保持力作用點的位置不變,將壓磁元件裝入一個由彈簧鋼制成的彈性機架內,機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。機架上的傳力鋼球能保證被測力集中作用于傳感器上,機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???1、2 間繞有一次激磁繞組,孔3、4 間繞有二次測量繞組。當一次繞組通以一定的交變電流時,鐵芯中就會產生磁場。設想把孔間分成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 四個部分的磁導率 ! 是相同的。此時一次繞組產生的磁力線呈軸對稱分布。所以其合成磁場強度 % 平行于二次繞組的平面,即磁力線不與二次繞組交鏈,所以不會產生感應電勢。當壓磁頭受到外力P 作用時 ,AB區域在受到很大的壓應力,而CD區域仍處在自由狀態。于是AB區域在受壓方向 (垂直方向)的磁導率μ下降,磁阻增大,而 CD區域的磁導率仍不變。這樣,部分磁力線將不再通過AB區域,而繞過CD區域而閉合。磁力線被扭曲變形,合成磁場強度 H與二次繞組相交鏈,從而在二次繞組中感應出電動勢。且壓力越大,轉移的磁通越多,感應電動勢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載增加與負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。磁致伸縮傳感器的輸出功率大。額定壓力 & 作用下,磁導率的變化大約 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??垢蓴_能力強,精度高,線性好,壽命長,維護方便。由于其特殊的結構和工作原理,能適應惡劣的工作環境,在灰塵、水汽和腐蝕性氣體的環境中長期運行可靠。
          磁致伸縮位移傳感器
          3、磁致伸縮傳感器在織機系統中的應用
                 根據織造工藝要求,織機在織造過程中經紗張力應保持穩定,以保證能開清棱口,打緊緯紗。一般采用積極、連續電子式送經機構,均采用電子傳感器來檢測經紗張力,織機的微處理器依據測量的經紗張力來控制送經馬達 (伺服電機),以便在織造過程中盡可能獲得一個連續的恒定的經紗張力。
                 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、卷取馬達控制板 ,為 功 放驅動板。為了保證經紗不會有過高或過低的張力,在軟件上可以設定經紗的張力極限。所需的經紗張力和其極限可調整,通過終端顯示屏顯示。DT-WT-CAL為經紗張力傳感器校準檢測信號,用于檢測經紗張力傳感器連接與否。在織機涉及到改變經紗張力的織機運動啟動前,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為 8mA。如果該值與標準值不一致,織機的當前運動停止,并在終端上顯示 “CHECK TSF”。
                 通過前面對磁致伸縮傳感器特點的介紹,該傳感器還具有輸出功率大的特點,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:將信號電壓變為單向脈沖直流電壓。濾波電路:濾掉高次諧波。調零電路:用來補償傳感器原始磁場強度不平衡和壓磁元件裝在基座中的預壓力所形成的輸出信號。交流穩壓電路:把輸入的電源利用 ;" 共振電路產生恒流源,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,經處理后的信號送交信號采集電路處理。最后經主微處理器進行綜合處理,產生控制信號,經PDAF板和TRIAX板,產生送經伺服馬達的驅動信號。保證經紗有恒定、合理的上機動態張力。
          4結論
                 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??蓽y力、壓力、力矩、重量等物理量。目前已廣泛用于軋機控制、運輸機械控制、稱重裝置等。相信隨著傳感器的生產技術的提高,磁致伸縮傳感器的應用必將會越來越受到重視。
           



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