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磁電式檢測元件

9.1磁电感应式传感器

磁電感應式感測器也稱電動式感測器，它是利用導體和磁場相對運動而在導體內感應出電勢的原理，構成的機-電能量轉換型感測器，它不需要外加電源，結構簡單，性能穩定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率回應範圍（一般為10～1000Hz），適用於轉速、扭矩、振動等的動態測量。9.1.1工作原理与分类一、工作原理如圖9.1.1（a）所示的感測器，在磁鐵之間放置N匝線圈的繞組，線圈平面與磁力線相垂直。當線圈沿水準方向以速度v相對磁場運動時，由電磁感應定律可知，當磁力線正方向、導體運動速度方向和感應電勢正方向三者之間符合右手定則時，線圈中感應電動勢為e=NBlv（9.1.1）

同理，對圖9.1.1（b）情況，當N匝線圈與磁力線垂直並以角速度ω旋轉時，線圈內感應電勢為e=NBSω（9.1.2）當感測器的結構參數確定後，B、l、N、S均為確定值，此時感應電勢僅與線圈相對磁場運動速度成正比，即e=Kv或e=Kω（9.1.3）由上述工作原理知，磁電感應式感測器只適用於動態測量，如直接測量振動物體的速度或旋轉物體的角速度。如果在其測量電路中接入積分或微分電路，那麼還可以用來測量位移或加速度。上一頁9.1磁电感应式传感器

圖9.1.1磁电感应式传感器工作原理图返回（a）直線式；（b）旋轉式1—磁鐵；2—線圈

9.1磁电感应式传感器

二、磁電感應式感測器的分類根據磁通的定義Φ=∫ABdA可知，穿過閉合導電回路所包圍面積內磁通量變化的原因有兩種情況：（1）回路的位置、形狀和大小不變，而回路所在處的磁感應強度隨時間變化，因此磁通也隨時間在變化。由此而引起的感應電勢稱為感生電動勢，在電磁控制元件中又稱變壓器電勢。（2）回路所在處空間內磁感應強度的分佈不隨時間變化，但回路的位置、形狀和大小在改變，此種情況下回路內的感應電動勢稱為動生電動勢或切割電動勢。根據上述原理，磁電感應式感測器分為恒定磁通式和變磁通式兩類。1．恒定磁通式?恒定磁通磁電感應式感測器一般由永久磁鐵、線圈、彈簧、阻尼器（線圈的金屬骨架）和殼體等部分組成。根據運動部件的不同，又可分為動圈式如圖9.1.2（a）所示和動鐵式如圖9.1.2（b）所示。上一頁

圖9.1.2恒定磁通磁电感应式传感器结构原理图返回（a）動圈式；（b）動鐵式1—金屬骨架；2—彈簧；3—線圈；4—永久磁鐵；5—殼體

9.1磁电感应式传感器2．變磁通式實質上它應稱為變磁阻式或變氣隙式。其結構原理如圖9.1.3所示。圖9.1.3（a）為開磁路變磁通式，線圈和磁鐵靜止不動，由導磁材料做成的測量齒輪安裝在被測旋轉體上，隨其一起轉動，每轉過一個齒，感測器磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次，线圈中感应电势的变化频率等于齿轮的齿数和轉速的乘積。圖9.1.3（b）為兩極式閉磁路變磁通式結構示意圖。被測轉軸帶動十字形鐵心在磁場氣隙中勻速轉動，由於工作氣隙長度隨轉動鐵心位置不同而週期變化，相應的磁路磁阻、磁通也以同樣週期變化，從而線上圈中感應出頻率與轉速與鐵心齒數乘積成正比的感應電勢。上一頁

圖9.1.3變磁通磁電感應式感測器結構原理圖返回（a）開磁路變磁通式；（b）閉磁路式1—被測物轉軸；2—導磁體鐵心；3—線圈；4—軟鐵；5—永久磁鐵

9.1磁电感应式传感器9.1.2應用實例一、磁電感應式振動速度感測器這是一種恒定磁通磁電感應式感測器，結構原理如圖9.1.4所示。永久磁鐵通過鋁支架和圓筒形導磁材料製成的殼體固定在一起，形成磁路系統，殼體還起屏蔽作用。二、磁電感應式轉速感測器它是一種變氣隙磁阻式磁電感應感測器。圖9.1.5是它的結構原理圖。轉子和定子都用工業純鐵製成，並在其環形端面上均勻地銑有齒和槽，定子、轉子上的齒、槽數相等。定子、轉子和永久磁鐵構成了感測器的磁路系統。磁路中磁通將週期性地變化，從而線上圈中感應出近似正弦波的電壓信號，轉速越高，感應電勢頻率也就越高，它們之間關係為?f=Zn/60（9.1.4）Z——定（轉子）端面上的齒數；n——被測物每分鐘轉數。上一頁

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