11-51磁电式传感器

1第五章电动势式传感器原理与应用原理：将被测量转换为电动势的装置主要内容5.1磁电式传感器（电磁感应原理）5.2霍尔传感器（霍尔效应）5.3压电式传感器（压电效应）25.1磁电式传感器磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号的传感器。利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电势；属于机-电能量变换型传感器。优点：不需要供电电源，电路简单，有源传感器性能稳定，输出阻抗小缺点：只适合进行动态测量35.1.1磁电式传感器的工作原理5.1.2动圈式磁电传感器5.1.3磁阻式磁电传感器5.1.4磁电式传感器的动态特性5.1磁电式传感器4电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。产生的电流称为感应电流。准确的定义如下：因磁通量变化产生感应电动势的现象。感应电动势：动生电动势感生电动势5.1磁电式传感器的工作原理5根据电磁感应定律，当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：tΦkEdd韦伯Wb伏特V秒stΦEdd5.1磁电式传感器的工作原理6若线圈匝数为N，磁场强度为B，每匝线圈的平均长度为la,线圈相对磁场运动的速度为v=dx/dt，则整个线圈中所产生的电动势为：磁通量的变化的实现方法：磁铁与线圈相对运动磁路中磁阻的变化恒定磁场中线圈面积的变化vNBltxNBltΦNEaadddd5.1磁电式传感器的工作原理75.1.1磁电式传感器的工作原理5.1.2动圈式磁电传感器5.1.3磁阻式磁电传感器5.1.4磁电式传感器的动态特性5.1磁电式传感器85.2动圈式磁电传感器9可动线圈永久磁铁：产生磁场磁轭：本身不生产磁场（磁力线）、在磁路中只起磁力线传输的软磁材料1动圈式磁电传感器原理5.2动圈式磁电传感器10如果在线圈运动部分的磁场强度B是均匀的，则当线圈与磁场的相对速度为v时，线圈的感应电动势：sinaNBlEα为运动方向与磁场方向间夹角当α＝90°，线圈的感应电动势为：aNBlE当N、B和la恒定不变时，E与υ=dx/dt成正比根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。5.2动圈式磁电传感器11当传感器的结构确定后，上式中B、la、N都为常数。感应电势E仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为aNBlvES为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高磁场强度B；增加la和N也能提高灵敏度，但受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。5.2动圈式磁电传感器122动圈式磁电传感器结构磁电式传感器构成：1、磁路系统由它产生恒定直流磁场。为了减小传感器的体积，一般都采用永久磁铁；2、线圈由它运动切割磁力线产生感应电动势。作为一个完整的磁电式传感器，除了磁路系统和线圈外，还有一些其它元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置5.2动圈式磁电传感器13图5.1.2磁电式振动传感器的结构原理图1-弹簧片2-永久磁铁3-阻尼器4-引线5-芯杆6-外壳7-线圈8-弹簧片5.2动圈式磁电传感器14当物体振动时，传感器外壳6随之振动此时线圈7、阻尼环3和芯杆5的整体由于惯性而不随之振动因此它们与壳体产生相对运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电路便可测量位移或加速度。15动铁式165.1.1磁电式传感器的工作原理5.1.2动圈式磁电传感器5.1.3磁阻式磁电传感器5.1.4磁电式传感器的动态特性5.1磁电式传感器17线圈和磁铁部分都是静止的与被测物连接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。用来测量转速，线圈中产生感应电动势的频率作为输出，而感应电动势的频率取决于磁通变化的频率。结构：开磁路、闭磁路5.1.3磁阻式磁电传感器18开磁路磁阻式转速传感器1－永久磁铁3－感应线圈2－软铁4－齿轮线圈、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。60/Znf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。5.1.3磁阻式磁电传感器19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。闭磁路磁阻式转速传感器5.1.3磁阻式磁电传感器205.1.1磁电式传感器的工作原理（理解）5.1.2动圈式磁电传感器（理解）5.1.3磁阻式磁电传感器（理解）5.1磁电式传感器小结