磁电压电与热电式传感器ppt课件.ppt

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1、第四节磁电、压电与热电式传感器2016年4月26日一、磁电传感器基本原理：利用电磁感应原理，将输入(如振动、转速、扭矩运动速度)转换成线圈中感应电动势输出的传感器。特点：有源传感器：不需要提供电源;如振动、转速、扭矩具有双向转换特性;具有较大的输出功率;只适用于动态测量。1.1磁电式传感器的工作原理1.2动圈式磁电传感器1.3磁阻式磁电传感器一、磁电传感器1.1磁电式传感器的工作原理由法拉第电磁感应定律，当N匝线圈在均恒磁场中运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈的感应电动势E为：线圈在恒定磁场中作直线运动，并切割磁力线，感生电势为：B：磁场磁感应强度；l:每

2、匝线圈的有效长度θ：运动方向与磁场方向之间的夹角；v:线圈与磁场之间的相对运动速度，m/s线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线，感生电势为：S：每匝线圈的围成的面积θ：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角；ω:线圈与磁场之间的相对运动角速度1.1磁电式传感器的工作原理1.2动圈式磁电传感器1.3磁阻式磁电传感器一、磁电传感器1.2动圈式磁电传感器1.动圈式磁电传感器原理2.动圈式磁电传感器结构1.动圈式磁电传感器原理NS永久磁铁线圈弹簧传感器原理如果在线圈运动部分的磁场强度B是均匀的，则当线圈与磁场的相对速度为υ时，线圈的感应电动势：当α＝90°，线圈的感应电

3、动势为：当N、B和la恒定不变时，E与υ=dx/dt成正比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。动圈式演示5.1磁电式传感器5.1.1磁电式传感器的工作原理5.1.2动圈式磁电传感器5.1.3磁阻式磁电传感器5.1.4磁电式传感器的动态特性1.3磁阻式磁电传感器线圈和磁铁部分都是相对静止的，物体在运动中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁能量，在线圈中产生感应电动势。用来测量转速，线圈中产生感应电动势的频率作为输出，而电势的频率取决于磁通变化的频率。结构：开磁路、闭磁路开磁路磁阻式转速传感器1－永久磁铁3－感应线圈2－软铁4－齿轮结构比较简

4、单，但输出信号较小，当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。闭磁路磁阻式转速传感器闭磁路磁组式转速传感器采用在振动强的场合，有下限工作频率（50Hz）传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度，二、压电传感器压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的测量。压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性

5、、稳定性高。正压电效应（顺压电效应）某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。2.1压电效应(Piezoelectric-effect)压电效应演示逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。电能机械能正压电效应逆压电效应

6、压电材料在外力作用下产生的表面电荷常用压电方程描述，为：式中，qi—i面上的电荷密度(C／cm2)；Qi—i面上的总电荷量（C）；j—j方向的应力(N／cm2)；Fj—j方向的作用力；dij—压电常数(C／N)，(i=1，2，3，j=1，2，3，4，5，6)。压电方程中两个下标的含义如下：下标i表示晶体的极化方向，当产生电荷的表面垂于x轴(y轴或z轴)时，记i=1(或2，3)。下标j=1或2，3，4，5，6，分别表示沿x轴、y轴、z轴方向的单向应力，和在垂直于x轴、y轴、z轴的平面（即yz平面、zx平面、xy平面）内作用的剪切力。单向应力的符号规定拉应力为

7、正，压应力为负；剪切力的符号用右螺旋定则确定，如图中表示的方向。此外，还需要对因逆压电效应在晶体内产生的电场方向也作一规定，以确定dij的符号，使得方程组具有更普遍的意义。当电场方向指向晶轴的正向时为正，反之为负。天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X－X轴称为电轴(electricalaxis)；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y－Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴Y

8、－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效