《磁敏式传感器》PPT课件

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1、第7章磁敏式传感器主要内容7.1磁电感应式传感器7.2霍尔式传感器磁敏式传感器的定义：对磁场参量（B、Φ）敏感、通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换为电信号的器件或装置。磁电作用：电磁感应、霍尔效应分类：磁电感应式传感器霍尔式传感器7.1磁电感应式传感器磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的原理将被测量（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能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大，且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000Hz

2、），所以得到普遍应用。磁电感应式传感器电路简单、性能稳定、输出阻抗小，具有一定的频率响应范围（一般在10~1000Hz），适用于转速、振动、位移、扭矩等测量。7.1.1工作原理根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势。对于一个N匝线圈，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电动势将与Φ的变化速率成正比，即：1.电磁感应如果线圈相对于磁场的运动线速度为v或角速度ω，则或（1）恒磁通式传感器工作原理：磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁

3、铁（动铁式），动圈式（图（a））和动铁式（图(b)）的工作原理是完全相同的。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，从而产生与运动速度成正比的感应电势。变磁通式磁电传感器结构图(a)开磁路；(b)闭磁路（2）变磁通式磁电传感器开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹

4、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。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。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，磁电传感器的

5、输出电流Io为式中：Rf——测量电路输入电阻；R——线圈等效电阻。传感器的电流灵敏度为而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为B值大，灵敏度也大，因此要选用B值大的永磁材料；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：如图7.3所示，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

6、，其相对误差为1）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，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。这种影响分为两种情况①当传感器线圈相对磁场运动所产生的附加磁场与员工作磁场方向相反时，附加磁场将减弱工作磁场的作用，从而使传感器的灵敏度随检测速度的增而降低。即当传感器向上运动时，ΦI与Φ方向相反，减弱了工作磁场的作用，使传感器灵敏度降低。②当传感器线圈相对磁场运动所产生的附加磁场与原磁场方向相同时，传感器灵敏度增高。即当向下运动时，ΦI与Φ方向同向，增加了工作磁场的作用，灵敏

7、度增大。这两种情况将导致测量结果中出现非线性项，且速度越大，影响越明显。其结果是线圈的运动方向和速度大小都会使传感器的灵敏度具有不同的数值，使传感器的基波能量降低，谐波能量增加。结果：灵敏度越高，线圈中电流越大，非线性影响越严重。补偿方法：加入补偿线圈。▲▲2）温度误差温度误差补偿办法：在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路，进行温度补偿。▲▲在磁电式传感器的各种干扰中，通常温度干扰比较严重。永久磁铁的影响比较小，传感器线圈影响比较大。线圈是用铜线绕成的，温度系数为正，温度每升高10℃，电阻大约增加4%；指示器电路的电阻Rf的温度系数也是正的，它的数值

8、与线圈电阻R1和附加电阻