磁敏式传感器课件.ppt

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1、7.1磁电感应式传感器7.2霍尔式传感器第7章磁敏式传感器磁电感应式传感器有时又简称为磁电传感器，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（10～1000Hz），适用于转速，振动，位移及扭矩等测量，所以得到普遍应用。一、磁电感应式传感器工作原理1．电磁感应定律根据电磁感应定律：无论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。

2、N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势E(V)的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率，即一、工作原理法拉第电磁感应定律：磁铁与线圈之间作相对运动磁路中的磁阻变化恒定磁场中的线圈面积变化Φ磁通量变化关键7/29/20214磁电式传感器磁电式传感器：利用　　　，测量量变化→感应电压e电感式传感器：利用衔铁运动，Rm变化→L或M变化→U变化注意与电感式传感器区别7/29/20215一、磁电感应式传感器工作原理2．电磁感应定律的应用（1）线圈在恒定磁场中作直线运动线圈两端的感应电动势e为：当θ＝9

3、0°时，上式可写成：（2）线圈在恒定磁场中作旋转运动线圈两端的感应电动势为：当γ＝90°时，上式可写成：ω—旋转运动角速度；S—线圈的截面积；γ—线圈平面的法线方向与磁场方向间的夹角。由于速度和位移、加速度之间是积分、微分的关系，因此只要适当加入积分、微分电路，便能通过测量感应电动势得到位移和加速度。磁电感应式动圈式开磁路线速度型角速度型动铁式恒磁通变磁通闭磁路二、磁电感应式传感器的结构工作气隙中的磁通保持不变，而线圈中的感应电动势是由于工作气隙中的线圈与磁铁之间作相对运动，线圈切割磁力线产生的。其值与相对运动速度成正比。1．恒

4、磁通式磁电传感器（a）动圈式；（b）动铁式恒磁通式磁电传感器结构二、磁电感应式传感器的结构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。感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或

5、角速度正比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二、磁电感应式传感器的结构2．变磁通式磁电传感器这类磁电式传感器中，产生磁场的永久磁铁和线圈都固定不动，而是通过磁通的变化产生感应电动势。其中：1-永久磁铁2-软磁铁3-感应线圈4-测量齿轮5-内齿轮6-外齿轮7-转轴a开磁通式b闭磁通式图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

6、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。开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被测轴振动比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场合往往采用闭磁路式转速传感器。15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。三、磁电感应式传

7、感器的特性1．磁电式传感器的基本特性（1）电流输出特性①磁电传感器的输出电流Io为：②传感器的电流灵敏度为：式中：Rf——测量电路输入电阻；R——线圈等效电阻。三、磁电感应式传感器的特性（2）电压输出特性①传感器的输出电压为：②传感器的电压灵敏度为：B值大，灵敏度也大，因此要选用B值大的永磁材料；三、磁电感应式传感器的特性线圈的平均长度大也有助于提高灵敏度，但这是有条件的，要考虑两种情况：线圈电阻与指示器电阻匹配问题因传感器相当于一个电压源，为使指示器从传感器获得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。线圈的发热问题传感器线

8、圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过而发热。测量误差当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为非线性误差主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会