传感器的原理及应用-第章 - 磁电式传感器.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 磁电 作用 被测非电量 电信号 测量电路 U、I 第七章 磁电式传感器 磁电式传感器的定义 通过磁电作用，被测非电量转换为电信号的传感器。 磁电式传感器的感测量 磁场、速度、位移、加速度、压力、电流等。 磁电式传感器的种类 根据工作原理：感应式、霍尔式等。 7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器 7.3 磁电式传感器应用 第七章 磁电式传感器 磁电感应式传感器：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。 有源传感器：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。 特点：输出功率大，性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）。 一、磁电感应式传感器概述 §7.1 磁电感应式传感器 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 二、磁电感应式传感器工作原理 1、恒磁通式工作原理 变磁通式 恒磁通式 分 类 感生电动势原理 动生电动势原理 §7.1 磁电感应式传感器 磁路系统产生恒定的磁场，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。 二、磁电感应式传感器工作原理 1、恒磁通式工作原理 弹簧较软，运动部件质量相对较大。 当壳体随被测振动体一起振动频率足够高（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。 §7.1 磁电感应式传感器 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关系为 二、磁电感应式传感器工作原理 2、变磁通式工作原理 1—永久磁铁； 2—软磁铁；3—感应线圈； 4—铁齿轮； 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。 感应电势变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。 这种传感器结构简单，但输出信号较小，不宜测量高转速的场合。 §7.1 磁电感应式传感器 当测量电路接入磁电传感器电路时，Rf为测量电路输入电阻，R为线圈等效电阻，则磁电传感器的输出电流和电压为 三、磁电感应式传感器基本特性 1、磁电传感器的灵敏度 传感器的输出电流和电压灵敏度分别灵敏度为 灵敏度误差：工作温度变化、外界磁场干扰、机械振动或冲击，灵敏度会变化。 §7.1 磁电感应式传感器 磁电式传感器产生非线性误差的主要原因：电流磁场效应。 三、磁电感应式传感器基本特性 2、磁电传感器的非线性误差 传感器线圈内流过电流时，产生一定的交变磁通，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。 当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速度增大时，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，传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。 传感器电流的磁场效应 §7.1 磁电感应式传感器 三、磁电感应式传感器基本特性 2、磁电传感器的非线性误差 当线圈的运动速度反向时，感应电势、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。 因此，线圈运动速度方向不同时，传感器的灵敏度具有不同的数值。 传感器灵敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。 传感器电流的磁场效应 §7.1 磁电感应式传感器 三、磁电感应式传感器基本特性 3、磁电传感器的温度误差 当温度变化每摄氏度时，对铜线变化量为dl/l≈0.167×10-4, dR/R≈0.43×10-2，dB/B的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。 对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，灵敏度随温度变化误差为 这一数值是很可观的，需要进行温度补偿。 热磁分流器补偿： 热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。 在正常工作温度下已将空气隙磁通分掉一小部分。当温度升高时，热磁分流器的磁导率显著下降，经分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低，从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化，维持传感器灵敏度为常数。 四、磁电感应式传感器测量电路 §7.1 磁电感应式传感器 磁电感应式传感器直接输出电动势，且通常具有高的灵敏度，一般不需要高增益放大器。 磁电感应式传感器是速度传感器，若要获得被测位移或加速度信号，则需配用积分电路或微分电路。 7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器 7.3 磁电式传感器应用 第七章 磁电式传