磁电式传感器 学生资料课件.ppt

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1、霍尔式传感器磁电(感应式)传感器工作原理结构类型基本特性测量电路应用案例磁敏传感器今日要点☆☆第7章磁电、磁敏传感器☆☆+应用案例霍尔元件基本组成测量误差工作原理2021/9/217.1磁电感应式传感器一、工作原理法拉第电磁感应定律：Φ为磁通量磁铁与线圈之间作相对运动恒定磁场中的线圈面积变化磁路中的磁阻变化Φ磁通量变化关键magnetoelectricelectromagneticinductionlaw2021/9/22磁电式传感器：利用　　　，测量量变化→感应电压e电磁式传感器：利用衔铁运动，Rm变化→L变化→U变化注意与电感式传

2、感器区别变磁通式和恒磁通式二、结构类型2021/9/231-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)变磁通式a开磁通式b闭磁通式其中：2021/9/24(a)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。2021/9/25(b)闭磁路变磁通式：它由装在转轴上的内齿轮和

3、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。感应电势的频率与被测转速成正比；采用测频的方法可以得到被测物体的频率。2021/9/26B)恒定磁通式工作气隙中的磁通恒定永久磁铁线圈相对运动线圈不动，磁铁运动(a)线圈运动，磁铁不动(b)(a)(b)2021/9/27感应电动势与线圈相对磁铁运动的线速度或角速度正比B－气隙磁感应强度(Wb/m2)L－线圈导线总长度(m

4、)W－线圈匝数S－线圈所包围的面积(m2)v－线圈和磁铁间相对运动的速度(m/s)ω－线圈和磁铁间相对旋转运动的角速(rad/s)α－运动方向与磁感应强度方向的夹角式中：2021/9/28三、磁电感应式传感器基本特性当测量电路接入磁电传感器，磁电传感器的输出电流Io为式中:Rf——测量电路输入电阻L——每匝线圈平均长度R——线圈等效电阻W——线圈匝数传感器的电流灵敏度为运动速度ERRfI02021/9/29而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为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而

5、产生测量误差。相对误差为2021/9/210非线性误差磁电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。non-linearerror2021/9/211当产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，感生电势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。其结果是线圈运动方向不同时传感器的

6、灵敏度具有不同的数值2021/9/212为补偿上述附加磁场干扰,可在传感器中加入补偿线圈(如图)。补偿线圈通以经放大K倍的电流,适当选择补偿线圈参数,可使其产生的交变磁通与传感线圈本身所产生的交变磁通互相抵消,从而达到补偿的目的。补偿线圈compensatingcoil2021/9/213当温度变化时对铜线，每摄氏度变化量为dL/L≈0.167×10-4dR/R≈0.43×10-2温度变化时对铝镍钴永久磁合金dB/B≈-0.02×10-2这样可得近似值：rt≈(-4.5%)/10℃这一数值比较可观，所以需要进行温度补偿温度误差热磁分

7、流器2021/9/214四、测量电路磁电式传感器是速度传感器，通常具有较高的灵敏度，不需要增益放大器。积分：将速度转换成位移，s＝∫vdt微分：速度转换成加速度，a＝dv/dt磁电式传感器量程选择321前置放大微分电路积分电路主放大器显示或记录3’2’1’measuringcircuit2021/9/215五、磁电式传感器—应用1.磁电式相对速度计1---顶杆2,5-弹簧片3---磁铁4---线圈6---引出线7---外壳application2021/9/216测量时，壳体固定在一个试件上，顶杆顶住另一试件，则线圈在磁场中运动速度就

8、是两试件的相对速度。速度计的输出电压与两试件的相对速度成正比。相对式速度计可测量的最低频率接近于零。2021/9/217磁电式扭矩传感器工作原理图2.磁电式扭矩传感器2021/9/2182.磁电式扭矩传感器在驱动源和负载