转速传感器简介

走进转速传感器目录转速传感器定义、分类转速的测量方法1.2.常用转速传感器介绍3.光电式转速传感器光栅传感器霍尔式转速传感器电容式转速传感器电涡流传感器测速发电机31.转速的测量方法1转速仪旋转轴的转速测量在工程上经常被遇到，用于确定物体转动速度的快慢，以每分钟的转数来表达，即r/min。测量转速的仪器统称为转速仪。转速仪的种类繁多，按照测量原理可分为模拟法、计数法和同步法；按变换方式又可分为机械式、电气式、光电式和频闪式等。1.转速的测量方法2转速的测量方法及其特点测量方法模拟法机械式电气式转速仪离心式黏液法发电机式电容式电涡流式测量原理利用质量块的离心力与转速的平方成正比；利用容器中液体的离心力产生的压力或液面的变化利用旋转体在黏液中旋转时传递的扭转变化测距利用直流或交流发电机的电压与转速成正比关系利用电容充放电回路产生与转速成正比例的电流利用旋转盘在磁场内使电涡流产生变化测转速应用范围/r.min-130-24000中低速中低速约1000中低速中高速中高速特点简单、价格低廉、应用广泛，但准确度较低简单、但易受温度影响可远距离指示，应用广，易受温度影响简单、可远距离指示简单、价格低廉，多用于机动车1.转速的测量方法光电式机械式电气式机械式频闪式齿轮式钟表式光电式电磁式目测式闪光式通过齿轮转动数字轮通过齿轮转动加入计时器利用来自旋转体上的光线，是光电管产生电脉冲利用磁、电等转换器将转速转换成电脉冲转动带槽圆盘，目测与旋转体的同步的转速利用频闪光测旋转体频率中低速约10000中高速30-48000中高速中高速中高速简单、价格低廉、与秒表共用简单、没有扭矩损失简单、数字传输简单、价格低廉简单、可远距离指示、数字测量测量方法转速仪测量原理应用范围/r.min-1特点计数法同步法2转速的测量方法及其特点2.转速传感器的定义、分类1转速传感器的定义转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。2.转速传感器的定义、分类激光式（光电式）变磁阻式转速传感器的分类磁敏式磁电式电容式2转速传感器的分类2.转速传感器的定义、分类3各种转速传感器的简介1）磁敏式磁敏式转速传感器由磁敏电阻作感应元件，是新型的转速传感器。核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低,功能更完善。通过与其它类型齿转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小以及线性特性具有很好的一致性.感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。磁敏式转速传感器2.转速传感器的定义、分类2.3各种转速传感器的简介2）激光式普林斯顿光学是世界著名的光学仪器；PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转子的转速。特点是分辨率高，距离远，实用范围广，频响宽，可靠性高。内装放大整形电路，输出为幅度稳定的方波信号，能实现远距离传输。112.转速传感器的定义、分类3各种转速传感器的简介3）磁电式航振HZ-860磁电转速传感器，能将转角位移转换成电信号供计数器计数，只要非接触就能测量各种导磁材料如：如齿轮、叶轮、带孔（或槽、螺钉）圆盘的转速及线速度。磁电式转速传感器2.转速传感器的定义、分类2.3各种转速传感器的简介4）电容式电容式转速传感器有面积变化型和介质变化型两种。图中中是面积变化型的原理，图中电容式转速传感器由两块固定金属板和与转动轴相连的可动金属板构成。可动金属板处于电容量最大的位置，当转动轴旋转180°时则处于电容量最小的位置。电容量的周期变化速率即为转速。可通过直流激励、交流激励和用可变电容构成振荡器的振荡槽路等方式得到转速的测量信号。介质变化型是在电容器的两个固定电极板之间嵌入一块高介电常数的可动板而构成的。可动介质板与转动轴相连，随着转动轴的旋转，电容器板间的介电常数发生周期性变化而引起电容量的周期性变化，其速率等于转动轴的转速。2.转速传感器的定义、分类3各种转速传感器的简介5）变磁阻式变磁阻式传感器。变磁阻式传感器的三种基本类型，电感转速传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器都可制成转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率。这类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器结构比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧烈的场合使用。闭磁路式转速传感器由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成。内、外齿轮有相同的齿数。当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势。测出电势的大小便可测出相应转速值。a.开磁路式b.闭磁路式变磁阻式转速传感器••1061051041035×1055×1045×10310155×101410145×10135×101510163×10181001015050.5可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波数/cm-1频率/Hz光子能量/eV波长/μm一、光电效应的介绍自然界的一切物质在环境温度高于0K以上时，都会产生电磁波辐射，其中光是波长约在10～0.01μm之间的电磁辐射，其光谱如图所示。光电式转速传感器••光电效应：物体吸收光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。•包括外光电效应和内光电效应。内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。•外光电效应：在光线作用下，电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，使电子逸出物体表面。•内光电效应：光照射到半导体或绝缘体的表面时，使物体内部的受束缚电子受到激发，从而使物体的导电性能改变。•光电导效应：在光线的作用下，半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应。•光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象光电效应的介绍•当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一个光子的能量后，其中的一部分能量消耗于电子由物体内逸出表面时所作的逸出功，另一部分则转化为逸出电子的动能。根据能量守恒定律，可得•式中A0—电子逸出物体表面所需的功（逸出功）；•—电子的质量•V0—电子逸出物体表面时的初速度。•上式即为爱因斯坦光电方程式20012hvAmVkg10109.931m已知每个光子具有的能量为：式中，h=6.626×10-34J∙s—普朗克常数；γ—光的频率。Ehv光电效应的介绍1）直射式光电转速传感器组成：开孔圆盘、光源、光敏元件开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即n=f/Nn-转速f-脉冲频率N-圆盘开孔数。二、光电转速传感器2）反射式光电转速传感器结构：旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。n=f如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。二、光电转速传感器•1）投射式光电转速传感器•投射式光电转速传感器设有读数盘和测量盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。投射式光电转速传感器在测量物体转速时，测量盘会随着被测物体转动，光线则随着测量盘转动而不断经过各条缝隙，并透过各条缝隙投射到光敏元件上。每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化。投射式光电转速传感器的光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测对象的转速状态。三、光电式转速计光电转速计是利用光电效应原理制成的。即利用光电管或光电晶体管将光脉冲变成电脉冲。由光电管构成的转速计分反射型和直射型两种。•2）反射式光电转速传感器•反射式光电转速传感器是通过在被测转轴上设定反射记号，而后获得光线反射信号来完成物体转速的测量。反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。转轴转动时，反射记号对投射光点的反射率就会发生变化反射式光电转速传感器内装有光敏元件，当转轴转动反射率增大时，反射光线经透镜投射到光敏元件上即发出一个脉冲信号；而当反射光线随转轴转动到另一位置时，反射率变小，光线变弱，光敏元件无法感应即不会发出脉冲信号。在一定时间内对信号计数便可测出转轴的转速值。四、光电式编码器的应用1)脉冲频率法测转速利用脉冲频率测量是在给定的时间内对编码器发出的脉冲计数。在给定时间t内，使门电路选通，编码器输出脉冲允许进入计数器计数，这样，可计算出时间t内编码器的平均转速。式中，t—测速采样时间（s)；N1—时间t内测得的脉冲个数；N—编码器每转脉冲个数（与编码器型号有关）min)/(60)/()/(/)(111rtNNsrNtNrpulseNtpulseNn转速测量：转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。四、光电式编码器的应用2)脉冲周期法测转速通过计数编码器一个脉冲间隔内（半个脉冲周期）标准时钟脉冲个数来计算其转速，因此要求时钟脉冲的频率必须高于编码器脉冲的频率。当编码器输出脉冲正半周时选通门电路，标准时钟通过控制门进入计数器计数，计数器输出N2,可得出其转速的两种计算公式为N—编码器每转脉冲个数（pulse/s)；T—标准时钟脉冲周期（s）N2—编码器一个脉冲间隔（即半个编码器脉冲周期）内标准时钟脉冲输出个数。)/(212srNTNnmin)/(2602rNTNn五、光栅传感器•光栅编码器测量原理光栅传感器一般用来测量角的位移如果在单位时间内测量角位移则为被测物体的转速。测周法—低转速用光栅编码器输出信号的上升沿触发计数器对高频时钟信号进行计数；用其下降沿触发锁存器，将计数器内的数值进行锁存，依据锁存器的内容可求得角位移所经过的时间，由此可得实际转速。测频法—高转速单位时间内对光栅编码器输出脉冲计数，从而直接测得转速。26•七、光电式传感器的优点•由于光电转速传感器是以光线的投射和接收来完成转速测量的一种转速表。光电转速传感器的设计精密、应用方便，使用范围广泛。光电转速传感器的优点很多，例如结构紧凑、运行稳定、不会对被测量轴形成额外负载等。•（1）光电转速传感器为非接触式转速表•光电转速传感器采用光学原理制造，属于非接触式转速测量仪表，它的测量距离一般可达200mm左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。27•光电式转速传感器的优点•（2）光电转速传感器的结构紧凑•光电转速传感器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电转速传感器的体积设计小巧、内部结构精致，一般重量不会超过200g，非常便于使用者的携带、安装和使用。•（3）光电转速传感器的抗干扰性好•光电转速传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会存在灯泡烧毁等故障危险。另外，光电转速传感器的光源都是经过特殊方式调制的，有极强的抗干扰能力，不会受普通光线的干扰。•(4)光电转速传感器的测量能力好•光电转速传感器的可采用光纤封装，可于测量微小的物体，特别是微小旋转体的测量，特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。光电转速传感器的运行稳定，有良好的可靠性，测量的精度较高，能满足使用者的测量要求。••激光式•普林斯顿光学是世界著名的光学仪器；PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转