传感器 第5版 教学课件 作者 唐文彦 第5章 .pptx

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器（第5版）哈尔滨工业大学唐文彦主编第一节磁电感应式传感器第二节霍尔式传感器第三节磁致伸缩式传感器第四节磁栅式传感器第五章磁电式传感器普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回主目录第五章磁电式传感器第一节磁电感应式传感器磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。一、类型及其工作原理与运动速度v成正比的感应电动势e为式中，B——工作气隙磁感应强度；N0——线圈处于工作气隙磁场中的匝数，称为工作匝数；l——每匝线圈的平均长度。a)动圈式b)动铁式图5-1恒定磁通磁电感应

2、式传感器结构原理图1-金属骨架2-弹簧3-线圈4-永久磁铁5-壳体由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这种传感器的灵敏度（e／v）是随振动频率变化；当振动频率远大于固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，传感器灵敏度随振动频率增加而下降。第一节磁电感应式传感器(二)变磁通式a)开磁路b)闭磁路图5-2变磁通磁电感应式传感器结构原理图1-被测旋转体2-测量轮3-线圈4-软铁5-永久磁铁磁电感应式传感器只适用于动态测量，可直接测量振动物体的速度或旋转体的角速度。如果在其测量电路中

3、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。第一节磁电感应式传感器二、应用(一)磁电感应式振动速度传感器以CD-1型为例，它是一种绝对振动传感器，主要技术规格为：工作频率10～500Hz，固有频率12Hz；灵敏度604mV·s·cm－1；最大可测加速度5g；可测振幅范围0.1～1000μm；工作线圈内阻1.9kΩ；测量不确定度≤10％；外形尺寸Φ45mm×160mm；质量0.7kg。它属于动圈式恒定磁通型。图5-3CD-1型振动速度传感器结构原理1、8-圆形弹簧片2-圆环形阻尼器3-永久磁铁4-铝架5-心轴6-工作线圈7-壳体9-引线

4、第一节磁电感应式传感器(二)磁电感应式扭矩仪扭转角Δθ、感应电动势相位差Δφ以及被测扭矩T关系为式中，G为弹性轴材料的剪切弹性模量，IP为弹性轴的极惯性矩，l为产生扭转角的轴向长度，z为传感器定子、转子的齿数。经测量转换电路，就可测出扭矩。第一节磁电感应式传感器31图5-4磁电感应式扭矩仪结构示意图2456AA向ω1－弹性轴2－线圈和线圈架3－壳体4－内齿轮5－永久磁铁6－外齿轮第一节磁电感应式传感器一、工作原理与特性(一)霍尔效应金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流与磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电

5、动势UH式中，RH—霍尔系数，RH=1/(ne)，由载流材料物理性质所决定；kH—灵敏度系数，kH=RH/d，它与载流材料的物理性质和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电势的大小。第二节霍尔式传感器第五章磁电式传感器如果磁场和薄片法线有α角，那么第二节霍尔式传感器图5-5霍尔效应原理图(二)霍尔元件第二节霍尔式传感器a)外形b)结构c)符号d)基本电路图5-6霍尔元件(三)霍尔元件的电磁特性霍尔元件的电磁特性包括控制电流（直流或交流）与霍尔输出电势之间的关系，即UH–I特性；霍尔输出与磁场（恒定或交变）之间的关系，即UH–B

6、特性；元件的输入或输出电阻与磁场之间的关系，即R–B特性。第二节霍尔式传感器a)b)c)图5-7霍尔元件的电磁特性曲线二、霍尔元件的误差及其补偿(一)霍尔元件的零位误差及其补偿霍尔元件的零位误差主要包括不等位电动势、寄生直流电动势等。1.不等位电动势Uo及其补偿第二节霍尔式传感器a)两电极点不在同一等位面上b)等位面歪斜图5-8不等位电动势产生示意图第二节霍尔式传感器a)霍尔元件等效电路b)几种不等位电动势的补偿电路图5-9霍尔元件等效电路和不等位电动势补偿电路2．寄生直流电动势当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输出除了交流不等位电动

7、势外，还有直流电动势分量，称为寄生直流电动势。该电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而形成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不同引起温差所产生的。它随时间而变化，导致输出漂移。因此在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散热均匀，有良好的散热条件。另外，霍尔电极和激励电极的引线布置不合理，会产生零位误差，也需予以注意。第二节霍尔式传感器(二)霍尔元件的温度误差及其补偿1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在稳压源供电时，使控制电流变化，带来误差。第二节霍尔式传感器图5-10采用恒流源及输

8、入并联电阻的温度补偿电路通常β>>α，则2．合理选取负载电阻RL的阻值霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电动势UH都是温度的函数（设为正温度系