[实用新型]一种轴承座式薄膜力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及带材张力测量领域，更具体涉及一种非晶合金薄膜力传感器。

背景技术

现在流行的张力传感器，是在张力辊的固定端，安装测力元件，比如：枕式的压头安装在轴承座下面和机架之间，法兰式压头通过法兰固定在机架和张力辊之间，需要各种转接件，机械安装麻烦。特别是大型设备，都是现在现场配装张力传感器，难以保证安装质量和测量效果，专利CN201464089U所述的磁弹性测力仪，导磁芯是实心的一体化测力仪，其力承载体就是导磁体，由于力承载体和导磁体的热处理工艺不同，难以制定同时满足力学和磁学性能的热处理方案，因此无法制造出兼具有优异力学和磁学性能的传感器，本实用新型专利克服了这一缺点，以非晶合金薄膜作为传感器导磁体，磁学性能和力学性能可以分开处理，很容易制造出高性能力传感器，满足造纸、冶金等行业的高端测力需求，摆脱高端测力元件一直依赖进口的现状。

发明内容

为了简化安装过程，提高安装质量，降低安装成本，本实用新型提供一种轴承座式张力传感器，该传感器不仅能测量带材的张力，而且能代替轴承座，方便了设备的安装。

本实用新型以非晶合金薄膜作为导磁体，导磁体材料和力承载体材料可分开设计选型，热处理工艺也可针对性分开制定，很方便制造出优异性能的力传感器。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：传感器承载体设计为轴承座结构，内部设计两套压磁式力敏感，敏感元件由互相垂直的励磁线圈和输出线圈组成，线圈周围通过电镀等工艺施加非晶态合金镀层，非晶合金镀层是优异的软磁合金，非常适合做传感器的磁芯，根据趋肤效应，非晶合金镀层可降低传感器的涡流损耗，提高传感器的磁学性能。

因为水平方向的分力可使合金镀层发生弹性形变，将产生逆磁致伸缩效应，所以力敏元件对水平分力敏感，垂直方向受力时，合金镀层基本无弹性形变，所以对垂直方向的分力不敏感。

为了改善初始磁导率，设置和励磁绕组同轴的补偿绕组，输出一个零点偏压。

根据逆磁致伸缩效应，水平分力被转换为电信号，该信号正比于水平分力，电信号经分压电阻分压、热敏电阻补偿后，供张力放大器使用。

本实用新型的效益是：轴承座就是传感器，减少了安装传感器的工序，节约了轴承座的成本，方便了安装，降低了设备成本，非晶合金薄膜传感器兼具有力学和磁学的优异性能。

附图说明

图1是本实用新型的纵剖面的结构图。

图2是本实用新型的受力分析图。

图3是印刷电路板6的电气原理图。

图中1.测力敏感元件，2.测力敏感元件，3.轴承，4.电气连接器，5.轴承座固定螺栓孔，6.印刷电路板，7和8是非晶态合金薄膜,9.轴承座固定螺栓孔，10.轴承座承载体,11.L1 和L2是一次励磁绕组，12.L3和L4是垂直于励磁绕组的二次输出绕组，13.L5是和L1同轴的补偿绕组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

根据图1所示，轴承座式的承载体由双相不锈钢合金材料加工而成，通过螺栓5 固定在机架上，通过轴承3和张力辊连接，通过电气连接器4连接外部放大器。

承载体上设计两套磁弹式力敏感元件1和2，磁弹式元件由互相垂直的一次、二次绕组和非晶态合金薄膜7和8构成，一次绕组是交流励磁绕组，二次绕组是输出绕组，合金薄膜镀层是传感器主要导磁体，薄膜以Ni-Fe-P合金为主，膜厚度100-300μm，热处理后镀层以非晶态合金为主，非晶态合金软磁性能优异，相对于晶态合金的力承载体而言，具有较低的矫顽力，更大的电阻率和磁导率，可显著降低铁损，提高传感器的性能。

根据图2所示，水平分力F₂＝F*(cosβ-cosα)，非晶态合金薄膜7和8在水平分力方向发生弹性形变，将产生逆磁致伸缩效应，从而引起非晶态合金镀层的磁导率发生变化，磁导率的变化正比于水平分力F₂，而在垂直分力方向上基本不产生弹性形变，因此垂直于水平分力F₂的分力不会造成磁导率的变化。

根据图3显示，当在x1和x2端施加交流励磁信号时，次级绕组把磁导率的变化转换为mV级电压信号，经分压电阻R2和R4分压调整、经热敏电阻T进行温度补偿后，输出信号供放大器使用。

根据图3显示，设置L5补偿绕组，补偿绕组和励磁绕组同轴，只要有励磁信号，补偿绕组就有电压输出,补偿绕组和次级绕组输出的电压叠加，用于零点补偿和提高初始磁导率。