11 磁电式传感器(第九章)

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1、第九章磁电式传感器主要内容：9.1磁电感应式传感器9.2霍尔式传感器9.3磁敏传感器1概述导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输出；磁电式传感器就是利用电磁感应原理，将运动速度、位移等物理量转换成线圈中的感应电动势输出。磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电量输出。是典型的无源传感器。特点：输出功率大，稳定可靠，可简化二次仪表，但频率响应低，通常在10—100HZ，适合作机械振动测量、转速测量。传感器尺寸大、重。磁电式传感器机械能电量2电感式传感器是把被测量转换成电感量的变化，磁电式

2、传感器通过检测磁场的变化测量被测量。磁电传感器霍尔传感器测转速39.1磁电感应式传感器9.1.1工作原理根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，线圈内产生感应电动势e的大小与穿过线圈的磁通Φ变化率有关。式中：B磁感应强度，N0线圈匝数，L每匝线圈长度，V运动速度4由磁电式传感器灵敏度：根据以上原理有两种磁电感应式传感器：恒磁通式：磁路系统恒定磁场，运动部件可以是线圈也可以是磁铁。变磁通式：线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化。5图为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起

3、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上齿数的乘积。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的场合。6图为闭磁路变磁通式传感器，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应电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。79

4、.1.2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时，如图所示，磁电传感器的输出电流Io为传感器的电流灵敏度为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（9-1）81.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，将产生较大的感应电势e和较大的电流I，由此而产

5、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。当线圈的运动速度与图所示方向相反时，感应电势e、线圈感应电流反向，所产生的附加磁场方向与工作磁场同向，从而增大了传感器的灵敏度。其结果是线圈运动速度方向不同时，传感器的灵敏度具有不同的数值，使传感器输出基波能量降低，谐波能量增加,即这种非线性特性同时伴随着传感器输出的谐波失真。显然，传感器灵敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。9传感器电流的磁场效应102.温度误差当温度变化时，式（9-1）中右边三项都不为零，对铜

6、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每摄氏度的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由式（9-1）可得近似值如下：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

7、敏度为常数。119.1.3磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器通常用来做机械振动测量。振动传感器结构大体分两种：①动钢型（线圈与壳体固定）②动圈型（永久磁铁与壳固定）动圈型动钢型12信号输出测量电路直接输出电动势测量速度；接入积分电路测量位移；接入微分电路测量加速度。13磁电式扭距传感器：当扭距作用在转轴上时，两个磁电传感器输出的感应电压u1、u2存在相位差，相差与扭距的扭转角成正比，传感器可以将扭距引起的扭转角转换成相位差的电信号。转轴测量电路磁电传感器1磁电传感器2齿型转盘u1u2u14磁电式振动传感器的特点：磁电式振动

8、传感器是惯性式传感器，不需要静止的基准参考，可直接装在被测体上。传感器是发电型传感器，工作时可不加电压，直接将机械能转化为电能输出。速度传感器的输出电压正比于速度信号，便于直接放大。输出阻抗低几十～几千欧，对后置电路要求低，干扰小。航空，发动机等设备的振动实验；兵器，坦克、火