传感器 第五章 磁电式传感器课件.ppt

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1、传感器机械工程学院仪器系李云雷Tel:2786982办公室：12#527第五章磁电式传感器定义：通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速）转换成电信号的一种传感器。分类：磁电感应式传感器；霍尔式传感器；磁栅式传感器。第一节磁电感应式传感器磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称为电动式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的。它是一种机-电能量变换型传感器。一、类型及其工作原理此类传感器基于电磁感应原理。N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的磁通Φ的变化率，即分类：恒定磁通式和变磁通式。（依据磁场

2、是否恒定）（一）恒定磁通式1、组成：永久磁铁（磁钢）4、线圈3、金属骨架1、弹簧2、壳体5。2、特点：磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙是固定不变的，因而气隙中的磁通也是恒定不变的。3、类型：动圈式：永久磁铁与壳体固定，线圈和骨架用柔软弹簧支持；动铁式：线圈组件和壳体固定，永久磁铁用柔软弹簧支承。4、工作原理：当壳体5随被测振动体一起振动时，由于弹簧2较软，运动部件质量相对较大，因此振动频率足够高（远高于传感器的固有频率）时，运动部件的惯性很大，来不及跟随振动体一起振动，近于静止不动，振动能量几乎全被弹簧2吸收，永久磁铁4与线圈3之间的相对运动速度接近于振动体的振动速度。磁铁4

3、与线圈3相对运动使线圈3切割磁力线，产生与运动速度v成正比的感应电动势e5、讨论：由上式可知，当传感器结构参数确定后，B、l、N0均为定值，因此感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度v成正比。振动频率低于故有频率，灵敏度变化；远大于固有频率，近似为常数；更高时，线圈阻抗增加，灵敏度有所下降。一般频响范围：10Hz~2kHz。（二）变磁通式又称为变磁阻磁电感应式传感器，常用来测量旋转物体的角速度。结构原理如下图。1、开磁路变磁通式工作原理：线圈3和磁铁5静止不动，测量齿轮2（导磁材料制成）安装在被测旋转体1上，随之一起转动，每转过一个齿，它与软铁4之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次

4、，线圈3中产生的感应电动势的变化频率等于测量齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。特点：结构简单，但需在被测对象上加装齿轮，使用不方便，且因高速轴上加装齿轮会带来不平衡而不宜测高转速。2、闭磁路变磁通式工作原理：被测转轴1带动椭圆形测量轮2在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻也周期性地变化，磁通同样周期性地变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮2的转速n（r·min-1）成正比,即f=n/30。在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形测量轮2，软铁（极掌）4制成内齿轮形式，这时输出信号频率为f=nZ/60，其中Z为测量齿轮的齿数。二、设计要点：磁电感应式传感器

5、的两个基本元件：磁路系统（永久磁铁）和线圈。设计时，合理选择它们的结构形式、材料和结构尺寸来满足传感器的基本性能要求。恒定磁通式的设计要点1、工作气隙工作气隙大，线圈窗口面积就大，线圈匝数就多，传感器灵敏度就高。但气隙大，磁路系统磁感应强度就低，传感器灵敏度也低，而且气隙大易造成气隙磁场分布不均匀，导致传感器输出特性非线性。设计要求：为了使传感器有较高的灵敏度和较好的线性度，必须在保证足够大的窗口面积和所需加工安装精度的前提下，尽量减小工作气隙d。工作气隙宽度ld越大，灵敏度越高，线性度越好，但传感器体积和重量就较大，因此一般取d/ld≈1/4。2、永久磁铁磁铁材料、稳定性处理等。3、

6、线圈组件骨架的材料、工作时保证组件与磁铁无摩擦、灵敏度恒定、线圈的温升等。三、应用（一）磁电感应式振动速度传感器（恒定磁通式）1、CD-1型绝对振动传感器的主要技术规格；2、结构组成：永久磁铁3通过铝架4和圆筒形导磁材料制成的壳体7固定在一起，形成磁路系统，壳体还起屏蔽作用。磁路中有两个环形气隙，右气隙中放有工作线圈6，左气隙中放有用铜或铝制成的圆环形阻尼器2。工作线圈和圆环形阻尼器用心轴5连在一起组成质量块，用圆形弹簧片1和8支承在壳体上。3、工作原理：将传感器固定在被测振动体上，永久磁铁、铝架和壳体一起随被测体振动，由于质量块有一定的质量，产生惯性力，而弹簧片又非常柔软，因此当振动频

7、率远大于传感器固有频率时，线圈在磁路系统的环形气隙中相对永久磁铁运动，以振动体的振动速度切割磁力线，产生感应电动势，通过引线9接到测量电路。良导体阻尼器也在磁路系统气隙中运动，感应产生涡流，形成系统的阻尼力，起衰减固有振动和扩展频率响应范围的作用。（二）磁电感应式转速传感器（变磁通式）1、结构组成：转子2与转轴1固紧。转子2和定子5都用工业纯铁制成，它们和永久磁铁3组成磁路系统。转子2和定子5的环形端面上都均匀地铣了一些齿和槽，两者