磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、第7章磁电式传感器麦克斯韦电磁场理论变化的磁场在周围空间产生电场，当闭合回路导体处在此电场中时，导体中的自由电子在电场力作用下作定向移动而产生感应电流；如果不是闭合回路，则导体中自由电子的定向移动使断开处两端积累正、负电荷而产生感应电动势。被测量→电信号分类：磁电感应式、霍尔式和磁敏式10/7/20211一磁电感应式传感器1、工作原理法拉第电磁感应定律：Φ为磁通量B为磁感应强度l为导体长度v相对运动速度磁铁与线圈之间作相对运动磁路中的磁阻变化恒定磁场中的线圈面积变化Φ磁通量变化关键10/7/20212其中：1-永久磁铁2-软磁铁3-感

2、应线圈4-测量齿轮5-内齿轮6-外齿轮7-转轴(1)变磁通式a开磁通式b闭磁通式磁电感应式传感器分类：变磁通式和恒磁通式10/7/20213①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，随之一起转动。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齿数的乘积。这种传感器结构简单,但输出信号较小,且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速。10/7/20214②闭磁路变磁通式：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

3、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生电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。采用测频的方法可以得到被测物体的转动速度。10/7/20215(2)恒定磁通式工作气隙中的磁通恒定永久磁铁线圈相对运动线圈不动，磁铁运动线圈运动，磁铁不动动圈式动铁式10/7/20216感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或角速度正比B——气隙磁感应强度(Wb/m2)l——线圈导线总长度(m)S——线圈所包围的面积(m2)v——线圈和磁

4、铁间相对运动的速度(m/s)ω——线圈和磁铁间相对旋转运动的角速(rad/s)α——运动方向与磁感应强度方向的夹角式中：磁铁和线圈的相对运动产生切割磁力线从而产生感应电势10/7/20217磁电式传感器：利用　　　，测量量变化→感应电压e有源传感器电磁式传感器：利用衔铁运动，Rm变化→L变化→U变化无源传感器注意与电磁式传感器区别10/7/202182、基本特性当测量电路接入磁电传感器电路中,传感器的输出电流Io为式中:Rf——测量电路输入电阻l——每匝线圈平均长度R——线圈等效电阻N——线圈匝数传感器的电流灵敏度为运动速度传

5、感器ERRfI010/7/20219而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为：当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、机械振动或冲击时,其灵敏度将发生变化而产生测量误差。相对误差为：10/7/202110(1)非线性误差磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是:由于传感器线圈内有电流I流过时，将产生一定的交变磁通ΦI，此交变磁通叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上，使恒定的气隙磁通变化，如图所示10/7/202111当产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反，减弱了工作磁场的作用，从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。当线圈的运动

6、速度与图所示方向相反时，感生电势E、线圈感应电流反向，所产生的附加磁场方向与工作磁场同向,从而增大了传感器的灵敏度。其结果是线圈运动方向不同时,传感器的灵敏度具有不同的数值10/7/202112为补偿上述附加磁场干扰,可在传感器中加入补偿线圈,如图所示。补偿线圈通以经放大K倍的电流,适当选择补偿线圈参数,可使其产生的交变磁通与传感线圈本身所产生的交变磁通互相抵消,从而达到补偿的目的。补偿线圈10/7/202113对铜线而言，当温度变化时每摄氏度变化量为：dL/L≈0.167×10-4dR/R≈0.43×10-2温度变化时对铝镍钴永久

7、磁合金dB/B≈-0.02×10-2这样可得近似值：γt≈(-4.5%)/10℃这一数值是很可观的,所以需要进行温度补偿。(2)温度误差10/7/202114热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。温度正常时将空气气隙磁通分路掉一小部分；而当温度过高时，它的磁导率显著下降，分流掉的磁通显著降低，从而保持空气气隙的工作磁通不随温度变化，维持传感器灵敏度为常数。10/7/202115磁电式传感器是速度传感器，通常具有较高的灵敏度，不需要增益放大器。积分：将速度转换成位移，s＝∫vdt微分：速度转换成加速度，a＝dv/dt磁电

8、式传感器量程选择321前置放大微分电路积分电路主放大器显示或记录3’2’1’3、测量电路10/7/202116(1)磁电式相对速度计1-顶杆2,5-弹簧片3-磁铁4-线圈6-引出线7-外壳4、应用测量时，壳体固定在一个试