2010第5章电动势传感器

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1、第5章电动势式传感器本章包含三部分内容：5.1磁电感应式传感器5.2霍尔传感器5.3压电式传感器这几类传感器都能把被测物理量直接转换为电信号。严格来讲，压电式传感器不应归于这类，因为它把被测物理量转换为电荷（或电压）输出。5.1磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称电动式传感器。利用磁电(magnetoelectric)作用将被测物理量的变化转变为感应电动势，是一种机－电能量变换型传感器。优点：输出功率大，性能稳定，且不需要工作电源。调理电路简单，性能稳定，输出阻抗小，具有一定频率响应（一般10～1000Hz），灵敏度较高，一般不需要高增益放大器。缺点：传感器的尺寸和重量都较大

2、。应用：适用于振动、转速、扭矩等测量。5.1.1工作原理根据法拉第电磁感应定律，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的大小决定于穿过线圈的磁通量Φ的变化率，即：如:当线圈垂直于磁场方向运动以速度v切割磁力线时，感应电动势为：ｅ=－Ndφ/dt式中：l－每匝线圈的平均长度；B－线圈所在磁场的磁感应强度。ｅ=－NBlv引起dφ/dt变化的因素：①线圈切割磁力线----恒定磁通式（动圈式和动铁式）；②Φ=BS，磁场强度B改变----变磁通式（磁阻式）。5.1.2磁电感应式传感器的类型按照磁场感应方式分类，可分为：1、变磁通式传感器：在结

3、构上有开磁路和闭磁路两种，一般用来测量旋转物体的角速度，产生感应电动势的频率作为输出。2、恒定磁通式传感器其运动部件可以是线圈或者磁铁，因此又分为动圈式和动铁式两种结构类型。类型磁电感应式动圈式磁阻式线速度型角速度型N变磁通式恒定磁通式动磁式闭磁路开磁路下图(b)为闭磁路变磁通式传感器结构示意图，被测转轴带动椭圆形测量齿轮在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性变化，因而磁路磁阻也周期性变化，磁通同样周期性变化，则在线圈中产生感应电动势，其频率f与测量齿轮转速n(r/min)成正比，即f=n/30。图(a)为开磁路变磁通式传感器结构示意图，1、变磁通式磁电传感器测速电机磁电式

4、车速传感器磁阻式传感器图5.3和图5.4分别为动圈式和动磁式的结构原理图。组成：金属骨架1、弹簧2、线圈3、永久磁铁4和导磁壳体5等。特征：这种结构磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路气隙不变，气隙中磁通也不变，运动部件可以是磁铁，也可以是线圈。两者工作原理完全相同。图5.3动圈式图5.4动铁（磁）式2、恒定磁通式磁电传感器图5.3。当线圈在垂直于磁场方向作直线运动时，若线圈相对磁场的运动速度为v，则所产生的感应电动势：e=－BlＮ０v式中：l——每匝线圈的平均长度；B——线圈所在磁场的磁感应强度；Ｎ０——线圈有效匝数。当传感器结构参数确定后，B、l、N０均为定值，故感应电动势e与

5、线圈相对运动速度v成正比，所以这类传感器的基本形式是速度型传感器，能直接测量线速度。实物图片5.1.3特性分析磁电感应式传感器是惯性式拾振器，适用于测量动态物理量，因此动态特性是这种传感器的主要性能。其等效电路如下(L传感器线圈电感、Ｒ线圈电阻)如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量位移或加速度。由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。以上技术指标的计算，根据其等效电路可简单推出。1、主要技术指标：（1）输出电流I0：I0=e/(R+Rf)=B0lNv/(R+Rf)（2）电流灵敏度Si：Si=I0/v=B0lN/(R+Rf)（3）输出电压U0

6、（4）电压灵敏度SU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，从而产生测量误差，其相对误差为根据这种误差产生的不同因素，相对误差又可分为非线性误差和温度误差。2、静态误差温度误差:非线性误差:产生原因：传感器灵敏度：k＝e/v＝－BlN0，但实际上，这种传感器的灵敏度是随振动频率f而变化。①当振动频率f大于固有频率f0时，传感器的灵敏度基本不随振动频率变化，近似为常数；②当振动频率更高时，由于线圈内阻增大，传感器灵敏度随振动频率增大而下降。解决办法：在传感器中加补偿线圈(参见图5.3)。产生原因：B、l、R均随温度变化，使δx≠0，而且

7、该误差足够影响测量精度。解决办法：采用热磁分流器补偿。磁电感应式传感器是机－电能量变换型传感器，其等效系统如图所示，为二阶系统。其运动方程为：磁电感应式传感器的等效系统3、频率响应特性分析其幅频特性与相频特性分别为：ω—被测振动的角频率；ω0—传感器运动系统的固有角频率，ω0＝；ξ—传感器运动系统的阻尼比，。10Av(ω)欠阻尼中频灵敏度过阻尼最佳阻尼二次谐振高频下降10.10.11.010102ω/ω0磁电感应式速度传感器的幅频响应特性曲线作业题：P128，２、５。5.1.4磁电感应式传感