磁敏式传感器教学文案.ppt

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1、磁敏式传感器磁电感应式传感器也称为电动式传感器或感应式传感器。◆磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生电动式的，它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是有源传感器。◆由于它输出功率大且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000Hz），所以得到普遍的应用。6.1磁电感应式传感器6.1.1磁电感应式传感器工作原理◆根据电磁感应定律，当w匝线圈在恒定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关系：◆根据这一原理，可以设计成两种磁电传感器结构：变磁通式和恒磁通式。◆图6-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速

2、度。6.1磁电感应式传感器6.1磁电感应式传感器图6-1（a）为开磁路变磁通式：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。6.1磁电感应式传感器图6-1（b）为闭磁路变磁通式，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

3、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生电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。◆图6-2恒磁通式磁电传感器结构原理图图6-2恒磁通式磁电传感器结构原理图6.1.1磁电感应式传感器◆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。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。6.1.1磁电感应式传感器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

4、，从而产生感应电势为:式中：B0——工作气隙磁感应强度；L——每匝线圈平均长度；w——线圈在工作气隙磁场中的匝数；v——相对运动速度。6.1磁电感应式传感器6.1.2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中，磁电传感器的输出电流I为:（6-3）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:6.1磁电感应式传感器◆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产生测量误差。相对误差为◆磁电式传感器在使用时存在误差，主要为非线性误差和温度误差。6.1磁电感应式传感器图

5、6-3传感器电流的磁场效应1)非线性误差:磁电式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如图6-3所示。6.1磁电感应式传感器为了补偿附加磁场的干扰，可在传感器中加入补偿线圈。补偿线圈中通以经过K倍的放大电流，适当选择补偿线圈参数，使其产生的交变磁通与传感器线圈本身产生的交变磁通相互抵销。2）温度误差当温度变化时，式（6-7）中右边三项都不为零，对铜线而言每摄氏度变化量为dL/L≈0.167×10-4，dR/R≈0.43×10-2，dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的

6、磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由式（6-7）可得近似值：这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。6.1磁电感应式传感器磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有较高的灵敏度，不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积分或微分电路。图6-4为一般测量电路方框图。图6-4磁电感应式传感器测量电路方框图6.1磁电感应式传感器6.1.3磁电感应式传感器测量电路霍尔传感器为载流半导体在

7、磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电动势的一种传感器。◆随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。◆霍尔传感器广泛用于电磁测量电流、磁场、压力、加速度、振动等方面的测量。6.2霍尔传感器6.2.1霍尔效应及霍尔元件1）霍尔效应置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应，该电势称霍尔电势，半导体薄片称霍尔元件