第7章磁电式传感器 第7章磁电式传感器 71磁电感应式传感器 72霍尔式传感器 返回主目录
第7章 磁电式传感器 7.1磁电感应式传感器 7.2霍尔式传感器 第7章 磁电式传感器 返回主目录
第7章磁电式传感器 第7章磁电式传感器 71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、转速等)转换成电信号的 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
第7章 磁电式传感器 第7章 磁电式传感器 7.1 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、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（10～1000 Hz）, 所以 得到普遍应用
第7章磁电式传感器 、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dΦdt有如下关系 E (7-1) 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。 图7-1是变磁通式磁电传感器,用来测量旋转物体的角 速度
第7章 磁电式传感器 一、 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: E＝-w (7 - 1) 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。 图7 - 1是变磁通式磁电传感器, 用来测量旋转物体的角 速度。 dt d
第7章磁电式传感器 图7-1(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 图7-1(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。显然,感应电势的频率与被测转速成正比
第7章 磁电式传感器 图7 - 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。 图7 - 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。显然，感应电势的频率与被测转速成正比
第7章磁电式传感器 ) N易 6 1一永久磁铁;2一软磁铁;3一感应线圈;4一测量齿轮;5—内齿轮;6—外齿轮;7一转轴 图7-1变磁通式磁电传感器结构图 a)开磁路;(b)闭磁路
第7章 磁电式传感器
第7章磁电式传感器 图7-2为恒磁通式磁电传感器典型结构,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),也可以是磁铁(动铁式),动圈式(图7-2(a)) 和动铁式(图7-2(b))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动切割磁力线,从 而产生感应电势为
第7章 磁电式传感器 图 7 - 2 为恒磁通式磁电传感器典型结构， 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）, 也可以是磁铁（动铁式）, 动圈式（图7 - 2（a）） 和动铁式（图7 - 2(b)）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动切割磁力线, 从 而产生感应电势为
第7章磁电式传感器 弹簧|极掌 线圈 壳体 磁轭 线圈 偿线圈 永久磁铁 弹簧 永久磁铁 图7-2恒磁通式磁电传感器结构原理图 (a)动圈式;(b)动铁式
第7章 磁电式传感器
第7章磁电式传感器 E=-BOL (7-2) 式中:B—工作气隙磁感应强度; L—每匝线圈平均长度 W—线圈在工作气隙磁场中的匝数 相对运动速度 磁电感应式传感器基本特性 测量电路接入磁电传感器电路中,磁电传感器的输出 电流L为 E B lo R+r rtr owV (73) 式中:Rf—测量电路输入电阻; R—线圈等效电阻
第7章 磁电式传感器 E=-B0Lwv (7 - 2) 式中: B0 ——工作气隙磁感应强度; L——每匝线圈平均长度; W——线圈在工作气隙磁场中的匝数; v——相对运动速度。 二、 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Io为 Io = （7 - 3） 式中: Rf ——测量电路输入电阻; R—— 线圈等效电阻。 f W V R R B L R R E + = + 0 1
第7章磁电式传感器 传感器的电流灵敏度为 ⅠB.LW (7-4) r+r 而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为 BLwyR U。=nR r+ U BLw RR (7-6) r+r 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
第7章 磁电式传感器 传感器的电流灵敏度为 SI = (7 - 4) 而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为 (7 - 5) (7 - 6) 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 R Rf B LW V I + = 0 f f f R R B LwvR U I R + = = 0 0 0 f f U R R B LwR v U S + = = 0 0
第7章磁电式传感器 ds, db dl dR b R 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Φ,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7-3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势E和较大的电流,由此而 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
第7章 磁电式传感器 R dR L dL B dB s ds I I = = + − 1. 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7 - 3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