第07章+磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、第7章磁电式传感器7.1磁电感应式传感器7.2霍尔式传感器17.1磁电感应式传感器磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大，且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000Hz），所以得到普遍应用。27.1.1磁电感应式传感器工作原理根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为(7-1)式中:B——稳恒均匀磁场的磁感应强度；l——导体有

2、效长度；v——导体相对磁场的运动速度。3如果在线圈运动部分的磁场强度B是均匀的，则当线圈与磁场的相对速度为υ时，线圈的感应电动势：α为运动方向与磁场方向间夹角，当α＝90°，线圈的感应电动势为：当N、B和la恒定不变时，E与υ=dx/dt成正比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。上一页下一页返回4若线圈作旋转运动，它的工作方式类似于一只发电机，线圈在磁场中转动的感应电势为：其中B为磁感应强度，A为每匝线圈的平均截面积。5当结构参数B、l、A、W确定后，那么感应电动势就只是的函数，且成正比，故可用来测振动和转速。6当一个W匝线圈相

3、对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dφ/dt有如下关系：根据以上原理，人们设计出两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式，图7-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。(7-2)二、磁电式传感器的结构和分类7图7-1（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号

4、较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。f=Z·n/60变磁通式8图7-1变磁通式磁电传感器结构图(a)开磁路；(b)闭磁路9图7-1(b)为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。10被测转轴1带动椭圆形铁芯2在磁场气隙中作周期性转动，使气隙平均长度发生周期性变化，磁

5、路的磁阻也发生周期性变化，磁通发生变化，故线圈3中感应电动势的频率正比于2的转速。11特点：传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度，因而它是与被测速度成一定比例关系的。当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。所以这种传感器有一个下限工作频率，一般为50Hz左右，闭磁路转速传感器的下限频率可降低到30Hz左右。其上限工作频率可达100Hz。12磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图7-2（a））和动铁式（图7-2(b)）的工作原理是

6、完全相同的。当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为恒定磁通式13图7-2恒定磁通式磁电传感器结构原理图（a）动圈式；(b)动铁式14(7-3)式中：B0——工作气隙磁感应强度；l——每匝线圈平均长度；W——线圈在工作气隙磁场中的匝数；v——相对运动速度。157.1.2磁电感应式传感器

7、基本特性当测量电路接入磁电传感器电路时，如图7-3所示，磁电传感器的输出电流Io为（7-4)式中：Rf——测量电路输入电阻；R——线圈等效电阻。传感器的电流灵敏度为（7-5)16而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为(7-6)(7-7)当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为(7-8)17电磁流量计工作原理18此式表明：感应电势与流速分布的形态无关，对一定的导管直径和感应强度，感应电势取决于瞬时流量。19霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍

8、尔首先在金属材料中发现了霍尔效应,但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著