华中科技大学机械学院测试技术与信号处理第三章 常用传感器与敏感元件第四节 磁电、 压电与热电式传感器一、 磁电式传感器变换原理:把被测量的物理量转换为感应电动势的一种传感器, 又称电磁感应式或电动力式传感器。对于一个匝数为N的线圈, 当穿过该线圈的磁通对于个匝数为N的线圈, 当穿过该线圈的磁通Φ 发生变化时, 其感应电动势 e 为edtNdφ= −线圈感应电动势的大小, 取决于匝数和磁通变化率。 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理磁通变化率与磁场强度、 磁路磁阻、 线圈运动速度有关, 改变其中一个因素, 都会改变感应电动势。按照结构不同, 磁电式传感器可分为:动圈式动圈式线速度型磁电式传感器磁电式磁阻式角速度型N 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理磁电式传感器—动圈式1. 动圈式线速度型角速度型 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理【右手定则】亦称“发电机定则” 。 确定导体在磁场中运动时导体中感生电流方向的定则。伸开石手, 使拇指与其余四指垂直, 并都和手掌在同一平面内同平面内。 假想将右手放入磁场中, 让磁力线垂直地从手心进入, 使拇指指向导体运动的方向, 这时其余四指所指的方向就是感生电流的方向。 如右图所示。假想将右手eIGvB磁电式传感器—动圈式B Lev=感应电动势:式中:v —与外磁场B垂直的速度L —切割磁力线的导线长度 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理sineN Bl vθ=在永久磁铁产生的恒定磁场内, 放置一个可动线圈, 当线圈在磁场中作直线运动时, 它所产生的感应电动势线圈匝数线圈与磁场的线圈与磁场的相对运动速度磁场的磁感应强度单匝线圈有效长度单匝线圈有效长度线圈运动方向与磁场方向的夹角磁电式传感器—动圈式上式表明, 当N、 B、 l 均为常数时, 感应电动势大小与线圈运动的线速度成正比 — 惯性式磁电速度计的工作原理当线圈运动方向与磁场方向的夹角为90° 时, 上式可改写为eN Bl v= 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理e k N B Aω=当线圈在磁场中作转动时, 它所产生的感应电动势与结构有关的系数, k < 1单匝线圈的截面积单匝线圈的截面积线圈相对磁场运动的角速度磁电式传感器—动圈式上式表明, 当传感器结构一定时, N、 B、 A 均为常数, 感应电动势大小与线圈相对磁场运动的角速度成正比 — 用于转速测量必须注意, 上述所讨论的速度(v 或 ω) 是指线圈与磁场(壳体) 的相对速度, 而不是壳体本身的绝对速度。 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理•动圈磁电式传感器等效电路负载电阻(放大器输入电阻)电缆导线电阻(很小可忽略)电缆导线分布电容磁电式传感器—动圈式e —感应电动势Z0—线圈阻抗输出电压 L0C0L11jωueZRC Z=++ Lue≈若不使用特别加长电缆导线时,CC可忽略, 且RL>> Z0 , 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理动圈式传感器线速度型磁电式传感器—动圈式 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理测速电机角速度型磁电式传感器—动圈式磁电式传感器的工作原理也是可逆的。 作为测量振动或转速, 它工作于发电机状态; 若在线圈上加以交变激励电压, 则线圈就在磁场中振动, 成为激振器(电动机状态) 。 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理2. 磁阻式传感器磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动,由运动着的物体(导磁材料) 改变磁路的磁阻, 而引起磁力线增强或减弱, 使线圈产生感应电动势。 这种传感器是由永久磁铁及缠绕其上的线圈组成, 如下图磁电式传感器—磁阻式测频数当齿轮旋转时, 齿的凸凹引起磁阻变化, 使磁通量变化, 在线圈中感应出交流电动势, 其频率等于齿轮的齿数和转速的乘积。 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理磁电式传感器—磁阻式磁阻式传感器使用方便、 结构简单, 在不同场合下可用来测量转速、 偏心量、 振动等。 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理转速测量磁电式传感器—磁阻式偏心测量振动测量 华中科技大学机械学院测试技术与信号处理