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1、,第3章 常用传感器的工作原理,3.6 磁电式传感器 3.6.1 动圈式磁电传感器 3.6.2 磁阻式磁电传感器 3.6.3 磁电传感器的测量电路,内容提要,学习目标,掌握磁电传感器的工作原理； 了解磁电传感器的测量转换电路。,概述,磁电传感器又称磁电感应式传感器，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能转换成易于测量的电信号，是一种典型的有源传感器。 输出功率大，且性能稳定，可简化二次仪表，但频率响应低，通常在101000 Hz的频带作机械振动测量，转速测量，传感器尺寸大，重。,概述,根据法拉第电磁感应定律，N匝线
2、圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通量的变化率，即,磁电传感器是以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础的。,工作原理,工作原理,一、磁电式传感器的结构,磁路系统：产生一个恒定的直流磁场 线圈：与磁场中的磁通相交，产生感应电动势 运动机构：感受被测体的运动使线圈磁通发生变化,结构,二、磁电传感器的分类 按照磁场方式分，磁电传感器可分为恒磁通式和变 磁通式。,在恒磁通结构中，磁路系统产生恒定磁场，感应电动式是由线圈和永久磁铁直接相对运动，切割磁力线产生。运动部件可以是磁铁也可以是线圈,在变磁通结构中，线圈和永久磁铁均固定不动，
3、与被测物体连接而运动的部分是利用导磁材料制成的动铁心（衔铁），衔铁运动使得气隙和磁路磁阻变化。,分类,恒磁通动圈式,特点：永磁铁固定不动，线圈运动。,3.6.1 动圈式磁电传感器,恒磁通动铁式,特点：线圈固定不动，永磁铁运动。,工作原理： 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，当振动频率很高，高于传感器固有频率，运动部件由于惯性，来不及振动，几乎不动，振动能量全被弹簧吸收，永磁铁和线圈的相对运动就接近于振动物体的振动速度。线圈和磁铁的相对运动切割磁力线产生感应电动势。,3.6.1 动圈式磁电传感器,当线圈在磁场中做直线运动时，感应电动势可写为：,当线圈在磁场中作旋转
4、运动时，感应电动势可写为：,式中，S：每匝线圈的平均截面积（m2） d/dt：线圈和磁电间相对运动的角速度（rad/s）,式中，l：每匝线圈的平均长度（m） B：线圈所在磁场的磁感应强度（T） dx/dt：线圈和磁铁间相对直线运动的线速度（m/s）,3.6.1 动圈式磁电传感器,结论： 当传感器的结构参数确定后，其中B、l 、N、S均为定值，则感应电动势e与线圈对磁场的相对运动速度（线速度或角速度）成正比。所以，可用磁电感应式传感器测量线速度和角速度。对测得的速度进行积分或微分就可以求出位移和加速度。但由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。,3.6.1 动圈式磁电传感器,开磁路
5、变磁通式,工作原理： 线圈、齿轮静止不动，测量齿轮安装在被测转体上，随被测体一起转动。每转一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈产生感应电动势，其变化频率f 取决于齿轮的齿数z和转速n(单位为r/min)，它们的关系为f=nz/60,特点：结构简单，输出信号较小，因平衡和安全问题而不宜测量高转速。,3.6.2 磁阻式磁电传感器,闭磁路变磁通式,工作原理： 传感器的转轴与被测物的轴相连，外齿轮不动，内齿轮随被测轴旋转，当内外齿轮的齿凸凸相对时，气隙最小，磁通最大；当内外齿轮的齿凸凹相对时，气隙最大，磁通最小；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
6、化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。感应电势的频率与被测转速成正比。,特点：对环境要求不高，工作频率下限较高，可达50Hz，上限可达100kHz。,3.6.2 磁阻式磁电传感器,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。,3.6.3磁电传感器的测量转换电路,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。,磁电感应式传感器可用于速度、振动、扭矩、流量等参数的测量。,对应的有 （1）磁电式振动加速度传感器 （2）磁电式转速传感器 （3）磁电式扭矩仪 （4）磁流量计（所测的流体应具有导电性，蒸馏水以及各种油类都不能使
7、用）,3.6.4磁电传感器的应用,振动加速度传感器,飞机振动模态分析,3.6.4磁电传感器的应用,磁电振动式传感器的特点,输出阻抗小 对绝缘、放大器的要求不高 噪声干扰可忽略 体积、重量大，有磨损 工作温度不高 频率响应不高 （以上相对压电式传感器而言）,是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。 工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。 与二次仪表相配接，即可显示振动速度或位移量的大小。,3.6.4磁电传感器的应用,3.6.4磁电传感器的应用,转速传感器,3.6.4磁电传感器的应用,磁电感应式扭矩传感器如图所示，在转轴上固定两个齿轮1和2，它们的材质、尺寸、齿形和齿数均相同。 永久磁铁和线圈组成的磁电式检测头3和4对着齿顶安装。当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。转轴承受扭矩后，相位差不为零，且随两齿轮所在横截面之间相对扭转角的增加而加大，其大小与相对扭转角、扭矩成正比。,扭矩测量,3.6.4磁电传感器的应用,本章小结,动圈式磁电式传感器常被用于测量转速。 磁阻式磁电传感器一般常用于测量转速、偏心、振动等，产生感应电动势的频率作为输出，而电势的频率取决于磁通变化的频率。,