第6章磁敏式传感器素材ppt课件.ppt

《第6章磁敏式传感器素材ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第6章磁敏式传感器6.1磁电感应式传感器B16.2霍尔式传感器A6.3磁敏电阻器B36.4磁敏式传感器的应用C424磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。磁敏式传感器种类不同，其原理也不完全相同，因此各有各的特点和应用范围。概述概述概述磁电感应式传感器也称为电动式或感应式传感器。◆磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生电动势的，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），所以得到普遍的应用。6.1磁电感应式传感器6

2、.1.1磁电感应式传感器工作原理◆根据电磁感应定律，当w匝线圈在恒定磁场内运动时，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：◆根据这一原理，可以设计成两种磁电传感器结构：变磁通式和恒磁通式。6.1磁电感应式传感器图6-1（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。6.1磁电感应式传感器1、变磁

3、通式磁电传感器图6-1（a）测量旋转物体角速度图6-1（b）为闭磁路变磁通式，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。感应电势的频率与被测转速成正比。6.1磁电感应式传感器图6-1（b）2、恒磁通式磁电传感器6.1.1磁电感应式传感器◆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），当壳体随被测振动体一起

4、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。补偿线圈通以经放大K倍的电流，适当选择补偿线圈参数，可使交变磁通与传感器的交变磁通相互抵消◆其运动部件也可以是磁铁（动铁式），动圈式和动铁式的工作原理是完全相同的。6.1.1磁电感应式传感器图6-2恒磁通式磁电传感器结构原理图产生感应电势为:式中：B0——工作气隙磁感应强度；L——每匝线圈平均长度；w

5、——线圈在工作气隙磁场中的匝数；v——相对运动速度。6.1磁电感应式传感器6.1.2磁电感应式传感器基本特性◆当测量电路接入磁电传感器电路中，磁电传感器的输出电流I为:（6-3）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:6.1磁电感应式传感器◆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◆磁电式传感器在使用时存在误差，主要为非线性误差和温度误差。6.1磁电感应式传感器图6-3传感器电流的磁场效应1)非线性误差主要原因：由于传感器线圈内

6、有电流I流过时，将产生一定的交变磁通，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6-3所示。6.1磁电感应式传感器当产生较大感生电势E和较大电流I，由此产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反，减弱工作磁场作用，此时灵敏度减小，反之，灵敏度增加。补偿附加磁场干扰，加补偿线圈图6-2a2）温度误差当温度变化时，式（6-7）中右边三项都不为零，对铜线而言每摄氏度变化量为dL/L≈0.167×10-4，dR/R≈0.43×10-2，dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由式（6-7）可

7、得近似值：这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采用热磁分流器——由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。6.1磁电感应式传感器磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有较高的灵敏度，不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积分或微分电路。图6-4为一般测量电路方框图。图6-4磁电感应式传感器测量电路方框图6.1磁电感应式传感器6.1.3磁电感应式传感器测量电路在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而载流半导体输出电动势的一种传感器。