文档介绍：第7章磁电式传感器
磁电感应式传感器
霍尔式传感器
磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。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,是一种有源传感器。由于它输出功率大, 且性能稳定,具有一定的工作带宽(10~1000 Hz),所以得到普遍应用。
磁电感应式传感器工作原理
根据电磁感应定律, 当导体在稳恒均匀磁场中,沿垂直磁场方向运动时,导体内产生的感应电势为
:磁通
B:工作气隙磁感应强度
:每匝线圈的平均强度
:运动速度
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当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时,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:
根据以上原理,人们设计出两种磁电式传感器结构:恒磁通式和变磁通式。
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图7-1 恒定磁通式磁电传感器结构原理图
(a) 动圈式; (b) 动铁式
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。其运动部件可以是线圈(动圈式),也可以是磁铁(动铁式),动圈式(图7-1(a))和动铁式(图7-1(b))的工作原理是完全相同的。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,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,从而产生感应电势.
,用来测量旋转物体的角速度。(a)图为开磁路变磁通式:线圈、磁铁静止不动, 测量齿轮安装在被测旋转体上,随被测体一起转动。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上齿数的乘积。
图7. 2 变磁通式磁电传感器结构原理图
(a) 开磁路
(b)图为闭磁路变磁通式传感器,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。显然, 感应电势的频率与被测转速成正比。
变磁通式磁电传感器结构原理图
(b) 闭磁路
磁电感应式传感器基本特性
当测量电路接入磁电传
感器电路时,,
磁电传感器的输出电流Io为
灵敏度为
磁电式传感器测量电路
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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、受到机械振动或冲击时,其灵敏度将发生变化,从而产生测量误差,其相对误差为
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