第7章磁敏式傳感器主要內(nèi)容

7.1磁電感應(yīng)式傳感器7.2霍爾式傳感器7.1磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器又稱磁電式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測量（如振動、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一種有源傳感器。由于它輸出功率大，且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（10～1000Hz），所以得到普遍應(yīng)用。7.1.1工作原理根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場中，沿垂直磁場方向運動時，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為

恒磁通式傳感器

工作原理：

磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場，磁路中的工作氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。其運動部件可以是線圈（動圈式），也可以是磁鐵（動鐵式），動圈式（圖（a））和動鐵式（圖(b)）的工作原理是完全相同的。當(dāng)殼體隨被測振動體一起振動時，由于彈簧較軟，運動部件質(zhì)量相對較大，當(dāng)振動頻率足夠高（遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率）時，運動部件慣性很大，來不及隨振動體一起振動，近乎靜止不動，振動能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近于振動體振動速度，磁鐵與線圈的相對運動切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。變磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖(a)開磁路；(b)閉磁路變磁通式磁電傳感器圖（a）為開磁路變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動，測量齒輪安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨被測體一起轉(zhuǎn)動。每轉(zhuǎn)動一個齒，齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其變化頻率等于被測轉(zhuǎn)速與測量齒輪上齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速的場合。圖(b)為閉磁路變磁通式傳感器，它由裝在轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成，內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測轉(zhuǎn)軸上時，外齒輪不動，內(nèi)齒輪隨被測軸而轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外齒輪的相對轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電動勢。顯然，感應(yīng)電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。7.1.2磁電感應(yīng)式傳感器基本特性當(dāng)測量電路接入磁電傳感器電路時，磁電傳感器的輸出電流Io為式中：Rf——測量電路輸入電阻；

R——線圈等效電阻。傳感器的電流靈敏度為==

而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為B值大，靈敏度也大，因此要選用B值大的永磁材料；線圈的平均長度大也有助于提高靈敏度，但這是有條件的，要考慮兩種情況：線圈電阻與指示器電阻匹配問題如圖7.3所示，因傳感器相當(dāng)于一個電壓源，為使指示器從傳感器獲得最大功率，必須使線圈的電阻等于指示器的電阻。線圈的發(fā)熱問題傳感器線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，接上負(fù)載后，線圈中有電流流過而發(fā)熱。測量誤差

當(dāng)傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場干擾、受到機(jī)械振動或沖擊時，其靈敏度將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生測量誤差，其相對誤差為非線性誤差

主要原因：當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測量時，傳感器線圈會有電流流過，這時線圈會產(chǎn)生一定的交變磁通，此交變磁通會疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器工作磁通上，導(dǎo)致氣隙磁通變化。這種影響分為兩種情況溫度誤差

溫度誤差補(bǔ)償辦法：在結(jié)構(gòu)允許的情況下，在傳感器的磁鐵下設(shè)置熱磁分路，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。動態(tài)特性

當(dāng)被測物振動頻率低于傳感器的固有頻率時，傳感器的靈敏度是隨振動頻率的升高而明顯增加的；當(dāng)振動頻率遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率時，傳感器的靈敏度接近為一個常數(shù)，它基本上不隨頻率變化，即在這一頻率范圍內(nèi)，傳感器的輸出電壓與振動速度成正比關(guān)系，這一頻段就是傳感器的理想工作頻段；在振動頻率更高（過大）的情況下，線圈阻抗增加，傳感器靈敏度會隨著振動頻率的增加反而下降?；魻栃?yīng)產(chǎn)生的電動勢被稱為霍爾電勢。這種影響分為兩種情況磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場，磁路中的工作氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。線圈電阻與指示器電阻匹配問題磁電感應(yīng)式振動速度傳感器磁電感應(yīng)式傳感器又稱磁電式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測量（如振動、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。1磁電感應(yīng)式傳感器熱磁分路，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。變磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖圖(b)為閉磁路變磁通式傳感器，它由裝在轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成，內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。當(dāng)傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場干擾、受到機(jī)械振動或沖擊時，其靈敏度將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生測量誤差，其相對誤差為元件在制作安裝時，盡量做到使電極歐姆接觸，并做到均勻散熱。當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于運動電荷受磁場中洛倫茲力作用的結(jié)果。由于它輸出功率大，且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（10～1000Hz），所以得到普遍應(yīng)用。歐姆接觸：金屬與半導(dǎo)體的接觸，其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻。7.1.2測量電路7.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用磁電感應(yīng)式振動速度傳感器

磁電感應(yīng)式扭矩傳感器電磁流量計7.2霍爾式傳感器當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)產(chǎn)生的電動勢被稱為霍爾電勢。霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運動電荷受磁場中洛倫茲力作用的結(jié)果。當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。由于它輸出功率大，且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（10～1000Hz），所以得到普遍應(yīng)用。傳感器的電流靈敏度為霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢被稱為霍爾電勢。這種影響分為兩種情況它不需要輔助電源，就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一種有源傳感器。3所示，因傳感器相當(dāng)于一個電壓源，為使指示器從傳感器獲得最大功率，必須使線圈的電阻等于指示器的電阻。線圈電阻與指示器電阻匹配問題當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢被稱為霍爾電勢。當(dāng)測量電路接入磁電傳感器電路時，磁電傳感器的輸出電流Io為熱磁分路，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。式中：Rf——測量電路輸入電阻；主要原因：當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測量時，傳感器線圈會有電流流過，這時線圈會產(chǎn)生一定的交變磁通，此交變磁通會疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器工作磁通上，導(dǎo)致氣隙磁通變化。2磁電感應(yīng)式傳感器基本特性霍爾元件霍爾元件基本特性

線性特性與開關(guān)特性不等位電阻負(fù)載特性溫度特性霍爾元件的零位誤差及補(bǔ)償

不等位