速度传感器及工程应用.ppt

《速度传感器及工程应用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第8章速度传感器及工程应用8.1磁电式速度传感器8.2霍尔式转速传感器8.3涡流式转速传感器8.4超声波流速传感器8.5光电式转速传感器8.6转速传感器工程应用案例返回主目录8.1磁电式速度传感器它主要有恒磁通、变磁通和测速发电机三种。8.1.1恒磁通式磁电速度传感器1.恒磁通式恒磁通式磁电速度传感器的典型结构如图8‑1所示，它主要由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架和壳体等组成。其运动部分可以是磁铁，也可以是线圈。因此它又分为动圈式（见图8-1(a)）和动铁式（见图8-1(b)）两种结构类型，但它们的工作原理是完全相同的。在动圈式中，永久

2、磁铁4与传感器壳体5固定，线圈组件（包括线圈3和金属骨架1）由柔软弹簧2支撑。图8‑1恒磁通式磁电速度传感器的基本结构在动铁式中，线圈组件与壳体5固定，永久磁铁4用柔软弹簧2支撑。两者的阻尼都是由金属骨架1和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼。式中，W为线圈处于工作气隙磁场中的匝数，称为工作匝数；Φ为穿过线圈的磁通量；B为工作气隙内的磁感应强度；l为每匝线圈的平均长度。由式(8‑1)可知，当传感器的结构参数确定后，则W、B、l均为定值，这时感应电动势e与振动速度υ成正比。2.测速原理使用时，将它与被测物体固定在一起。当被测物体振动时，它的

3、外壳随之一起振动。这时永久磁铁4与线圈3之间的相对运动速度接就等于振动速度υ。根据法拉第电磁感应定律，则线圈在磁场中做切割磁力线运动产生的感生电动势e为(8‑1)8.1.2变磁通式磁电转速传感器1.基本结构变磁通式磁电转速传感器的结构如图8‑2所示。它由永久磁铁、线圈、软铁、测量齿轮和壳体等组成。其中，图8‑2(a)为开磁路转速传感器结构示意图，图8‑2(b)为闭磁路转速传感器结构示意图。图8-2变磁通式磁电转速传感器的结构1.测速原理测转速时，把它固定在支架上，测量齿轮安装在被测转轴上，随转轴一起转动。显然，齿轮每转过一个齿，它的磁阻

4、就变化一次，磁通也就变化一次。根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势e大小也变化一次。其变化频率就等于测量齿轮的齿数与转速的乘积。即(8-2)式中：Z为齿轮的齿数；n为被测轴的转速(r/min)；f为感生电动势的频率(Hz)。由式(8‑2)可知，该传感器的感应电动势变化频率与转速n成正比。8.1.3测速发电机根据输出电压的类型，它又分为直流和交流两大类。1.直流测速发电机按定子的励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。1）测速原理永磁式直流测速发电机的测速原理如图8-3所示。图中N、S是永久磁铁，abcd是转子上的其中一个线圈，线

5、圈的两端分别接在换向器的两个半圆形铜环上，而铜环又分别与电刷J、K滑动接触。图8-3直流测速发电机的测速原理可以证明，在恒定的磁场Ф中，测速发电机转轴带动电枢以转速n旋转时，电枢绕组切割磁力线，从而在电刷间产生感应电动势E为式中Ce称为电动势常数，它是由测速发电机结构决定。2）输出特性当空载时，直流测速发电机的输出电压Uo就是电枢感应电动势E，即(8-3)(8-4)式中，K称作直流测速发电机的灵敏系数若电枢电阻为Ra，负载电阻为RL，不计电刷与换向器间的接触电阻，则直流测速发电机的输出电压U为(8-5)整理后得令(8-6)(8-7)(8

6、-8)则当测速发电机结构确定后，则Ce、Ф、Ra都为常数。若RL不变，则输出电压Uo与转速呈线性关系，但对于不同的负载电阻RL，测速发电机的灵敏系数K是不同的；负载电阻RL越小，灵敏系数K也越小，即输出电压就越小。直流测速发电机的输出特性如图8‑4所示。图8‑4直流测速发电机的输出特性另外，直流测速发电机的输出电压存在着波纹，其交流分量对速度反馈控制系统和高精确度的解算装置有一定影响，使用时需要注意。2.交流测速发电机交流测速发电机有同步测速发电机和异步测速发电机两种。下面介绍常见的交流异步测速发电机。1)异步测速发电机的结构图8-5空

7、心杯形异步测速发电机结构它由定子和转子两部分组成。其中在定子上嵌放着两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为输出绕组，它们在空间上互差90°电角度。按其转子结构又有鼠笼形和空心杯形两种，空心杯形的结构如图8-5所示。2)异步测速发电机的测速原理它的测速原理如图8-6所示。由于励磁绕组D置于d轴上，输出绕组Q置于与d轴垂直的q轴上；当励磁绕组外接频率为f的交流电源时，就在d轴方向上产生以频率为f的脉动磁通。图8-6异步测速发电机的测速原理当转子不动时，输出绕组Q上电压为零。当转子转动时，因转子切割d轴方向的磁通，故在杯型转子中感应出旋转电动势，

8、其大小正比于转子转速n和励磁磁通，其频率与相同。其有效值Er为(8-9)式中：kEr为比例系数。又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电动势在杯型转子中将产生交流短路电流，其大小正比于，其频率与相同。则短路电