传感器与检测技术第7章 磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、第7章磁电式传感器7.1磁电感应式传感器7.1.1工作原理和结构形式磁电感应式传感器利用导体和磁场发生相对运动时会在导体两端输出感应电动势。根据法拉第电磁感应定律可知，导体在磁场中运动切割磁力线，或者通过闭合线圈的磁通发生变化时，在导体两端或线圈内将产生感应电动势，电动势的大小与穿过线圈的磁通变化率有关。当导体在均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电动势为1．恒磁通式图7-1为恒磁通式磁电感应传感器结构示意图。磁路系统产生恒定的磁场，工作间隙中的磁通也恒定不变，感应电动势是由线圈相对永久磁铁运动时切割磁力线而产生的。运动

2、部件可以是线圈或是磁铁，因此结构上又分为动圈式和动钢式两种。图7-1a中，永久磁铁与传感器壳体固定，线圈相对于传感器壳体运动，称动圈式。图7-1b中，线圈组件与传感器壳体固定，永久磁铁相对于传感器壳体运动，称动钢式。2．变磁通式变磁通式磁电感应传感器结构及原理如图7-2所示，线圈和磁铁都静止不动，感应电动势是由变化的磁通产生的。由导磁材料组件构成的被测体运动时，如转动物体引起磁阻变化，使穿过线圈的磁通量变化，从而在线圈中产生感应电动势，所以这种传感器也称为变磁阻式。根据磁路系统的结构不同又分为开磁路和闭磁路两种。7.1.2磁电感应式传

3、感器的测量电路磁电感应式传感器可直接输出感应电势，而且具有较高的灵敏度，对测量电路无特殊要求。用于测量振动速度时，能量全被弹簧吸收，磁铁与线圈之间相对运动速度接近于振动速度，磁路间隙中的线圈切割磁力线时，产生正比于振动速度的感应电动势，直接输出速度信号。如果要进一步获得振动位移、振动加速度等，可分别接入积分电路或微分电路，将速度信号转换成与位移或加速度有关的电信号输出。1．积分电路已知速度和位移、时间关系为或者dx=vdt设传感器输出电压为积分放大器输入电压：Ui=e=sv，通过积分电路（见图7-4a）输出电压为上式结果表示积分电路的

4、输出电压UO正比于输入信号Ui对时间的积分值．即正比于位移x的大小。2微分电路已知加速度和速度、时间关系为同样设传感器输出电压为微分放大器输入电压Ui=e=sv，通过微分电路（如图7-4b所示）输出电压为上式结果表示微分电路的输出电压U。正比于输入信号Ui对时间的微分值，即正比于加速度a。7.1.3磁电感应式传感器的应用1．磁电感应式振动传感器使用时，将传感器固定在被测振动体上，永磁体、铝架、壳体一起随被测体振动，由于质量块的惯性，产生惯性力，而弹簧片又非常柔软，因此，当振动频率远大于传感器的固定频率时，线圈在磁路系统的环形气隙中相对

5、永磁体运动，以振动体的振动速度切割磁力线，产生感应电动势，并通过引线9输出到测量电路。同时两导体阻尼器也在磁路系统气隙中运动，感应产生涡流，形成系统的阻尼力，起衰减固有振动和扩展频率响应范围的作用。2．磁电感应式转速传感器图7-6所示是一种磁电感应式转速传感器的结构原理图。测量转速时，传感器的转轴1与被测物体转轴相连接，因而带动转子2转动。当转子2的齿与定子5的齿相对时，气隙最小，磁路系统中的磁通最大。而齿与槽相对时，气隙最大，磁通最小。因此当转子2转动时，磁通就周期性地变化，从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号，其频率与转速成正比

6、例关系。3．磁电感应式扭矩传感器图7-7所示是磁电式扭矩传感器的工作原理图。在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘，它们旁边装有相应的两个磁电感应式传感器。磁电感应式传感器的永磁体产生的磁通与齿形圆盘交链，当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生变化，在线圈中产生出交流电压，其频率等于圆盘上齿数与转速的乘积。7.2霍尔传感器7.2.1霍尔传感器的工作原理1.霍尔效应置于磁场中的导体或半导体内通入电流，如电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成

7、的传感器称为霍尔传感器。7.2.2霍尔元件的结构及技术参数1.霍尔元件的结构霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成，如图7-9a所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。a、b两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；c、d引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极，如图7-9b所示。霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件的图形符号如图7-9c所示2.霍尔元件主要特性参数霍尔元件主要特性参数如下:①霍尔灵敏系数KH在单位控制电流和单位磁感应强度作用下，霍尔器件输出端的开路电压，称为霍尔灵敏系数KH，

8、单位为V/（A·T）。②额定激励电流IN和最大允许激励电流Imax霍尔元件在空气中产生的温升为10℃时，所对应的激励电流称为额定激励电流IN。以元件允许的最大温升为限制，所对应的激励电流称为最大允许激励电流Imax。③输