第6单元 磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、6.1磁电感应式传感器6.2霍尔式传感器习题第6单元磁电式传感器请你思考霍尔传感器相对于光电等测速传感器有哪些优点？霍尔传感器的动态性能由哪些因素决定，如何改善？试设计霍尔传感器的不等位电势调零电路。磁电式传感器主要包括磁电感应式传感器、霍尔式传感器两种。本章主要介绍其工作原理、性能及特点；首先来看一个利用霍尔式传感器将非电量转化为磁场变化，从而进行测量的例子。与电感式微压力传感器具有类似结构。6.1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

2、、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。6.1.1工作原理根据电磁感应定律,当N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。磁电感应式动圈式磁阻式线速度型角速度型动铁式运动式变磁通1.相对运动式图为相对运动式磁

3、电传感器典型结构，它由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等组成。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a）,也可以是磁铁（动铁式b）,二者的工作原理是完全相同的。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

4、动切割磁力线,从而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;N——线圈在工作气隙磁场中的匝数;v——相对运动速度。线速度型应用实例工业测振动microphone测速电机角速度型应用实例2.变磁通式图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

5、险而不宜测量高转速。图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。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。a）开磁路b）闭磁路b）闭磁路特点对环境条件要求不高能在-150＋90℃的温度下工作，不影响测量精度也能在油、水雾、灰尘等条件下工作但它的工作频率下限较高，约为50Hz，上限

6、可达100Hz。变磁通应用实例：车速传感器6.1.2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Io为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而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为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。当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速度增大时,将产生较大的感生电

7、势E和较大的电流I,由此而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。为补偿上述附加磁场干扰,可在传感器中加入补偿线圈。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。2.温度误差当温度变化时,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

8、金,dB/B≈-0.02×10-2,因此γt≈(-4.5%)/10℃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。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。当温度升高时,热磁分流器的磁导率显著下降,经它分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低,从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化,维持传感器灵敏度为常数。6.1.3测量电路磁电式传感器直接输出感应电势,且传感器通常具有较高的灵敏度,所以一般不需要高增益放大器