传感器第七章

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动铁式工作原理
动铁式和动圈式（的工作原理是完全相同的。 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。
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2. 当温度变化时, 式（7 -7）中右边三项都不为零, 对铜线而
言每摄氏度变化量为dL/L≈0.167×10-4, dR/R≈0.43×10-2 ,
dB/B每摄氏度的变化量取决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, 这样由式(7 - 7)可得近似值: γt≈(－4.5%)/10 ℃ (7 - 8)
温度变化, 维持传感器灵敏度为常数。
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四、 磁电感应式传感器的测量电路
磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高
的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。磁电式传感器是速 度传感器。 信号输出送测量电路
• 接入积分电路测量位移；
• 接入微分电路测量加速度。
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误差补偿－－为补偿上述附加磁场干扰, 可在传感器中加 入补偿线圈, 如图所示。 补偿线圈通以经放大K倍的电流, 适当选择补偿线圈参数, 可使其产生的交变磁通与传感线圈 本身所产生的交变磁通互相抵消, 从而达到补偿的目的。
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二、 磁电感应式传感器基本特性
磁感应电动势
e NBla
la——每匝线圈平均长度; N——线圈在工作气隙磁场中的匝数;
式中: B ——工作气隙磁感应强度;
v——相对运动速度。
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I0
指示器 传 感 器
器外壳和永久磁铁随之振动, 而架空的芯轴、线圈和阻尼环因 惯性而不随之振动。 磁铁与线圈之间相对运动速度接近振动速度，磁路空气隙中 的线圈切割磁力线，产生于正比振动速度的感应电动势 。
e BlN0
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ev
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磁路空气隙中的线圈切割磁力线而产生正比于振动速度的感
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3.
在驱动源和负载之
间的扭转轴的两侧 安装有齿形圆盘, 它
们旁边装有相应的
两个磁电传感器。 2015-7-20 安农大经济技术学院 48
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磁电传感器的结构
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传感器的检测元件部分由永久磁场、感应线圈和铁芯组成。 永 久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆盘旋转时 , 圆 盘齿凸凹引起磁路气隙的变化, 于是磁通量也发生变化, 在线圈 中感应出交流电压, 其频率等于圆盘上齿数与转数乘积。
线圈内产生感应电动势e。e的大小与穿过线圈的磁通Φ变化
率有关。
d e N dt
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如果线圈是N匝，磁场强度是B，每匝线圈的
平均长度 la ， 线圈相对磁场运动的速度为
υ=dx/dt。
则整个线圈中所产生的电动势为：
线速度
d dx e N NBl a NBl a dt dt
I B0 LW SI v R Rf
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(7 - 4)
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U0 I0 R f
B0 LWvR f R Rf
(7 - 5)
SU
U 0 B0 LWR f v R Rf
(7 - 6)
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① 动钢型（线圈与壳体固定）
② 动圈型（永久磁铁与壳固定）
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动圈型
动钢型
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图 7 - 5 是动圈式振动速度传感器结构示意图。 其结构主 要由钢制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外 壳固定成一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小孔的芯轴两端 架起线圈和阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架空且与外壳
相连。
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动圈式振动速度传感器
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1－芯轴；2－外壳；3－弹簧片；4－铝支架； 5－永久磁铁；6－线圈；7－阻尼环；8－引线
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工作时, 传感器与被测物体刚性连接, 当物体振动时, 传感
应电动势, 线圈的输出通过引线输出到测量电路。
该传感器测量的是振动速度参数。 若在测量电路中接入积分电路, 则输出电势与位移成正比; 若在测量电路中接入微分电路, 则其输出与加速度成正比。
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磁电式振动传感器的特性： • 磁电式振动传感器是惯性式传感器，不需要静止的基准参
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1磁电感应式传感器 7.2霍尔式传感器
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7.1磁电感应式传感器
原理－－磁电感应式传感器又称电动式传感器, 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 机械量转换成易于测量的电信号, 是典型的有源传感器。
当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、 机械振
动或冲击时, 其灵敏度将发生变化而产生测量误差。
相对误差为
dsI dB dL dR sI B L R
(7 -7)
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三、 磁电感应式传感器误差补偿
1.
磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是: 由于传感器
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角速度型
测速电机
动圈式工作原理
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。
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图7-3 传感器电流的磁场效应
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当线圈的运动速度与图7 - 3所示方向相反时, 感生电势 E、 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。其结果是线圈运动速度 方向不同时, 传感器的灵敏度具有不同的数值, 使传感器输 出基波能量降低, 谐波能量增加。即这种非线性特性同时伴 随着传感器输出的谐波失真。显然，传感器灵敏度越高, 线 圈中电流越大, 这种非线性越严重。
线圈内有电流I流过时, 将产生一定的交变磁通ΦI, 此交变磁通
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
如图7 - 3所示。 当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速 度增大时, 将产生较大的感生电势E和较大的电流I, 由此而产
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, 从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。
考，可直接装在被测体上。
• 传感器是发电型传感器，工作时可不加电压，直接将机械 能转化为电能输出。
• 速度传感器的输出电压正比于速度信号 u∝v，便于直接放 大。
• 输出阻抗低，对后置电路要求低，干扰小。
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2.
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机 械 能
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磁电式传感器
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电 量
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特点及应用－－输出功率大，稳定可靠，可简化二次仪 表，但频率响应低。通常在10—100HZ适合作机械振动测量、
转速测量。传感器尺寸大、重。
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一、 磁电感应式传感器工作原理
根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，
E R
Rf
图8.3 磁电式传感器测量等效电路
Rf——测量电路输入电阻; R—— 线圈等效电阻。
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当测量电路接入磁电传感器电路中 , 磁电传感器的 输出电流Io为
B0 LWv E I0 R Rf R Rf
传感器的电流灵敏度为
（7 - 3）
这一数值是很可观的, 所以需要进行温度补偿。
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温度误差补偿－－ 补偿通常采用热磁分流器。热磁分流器
由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。它在正常工作 温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。当温度升高时, 热磁 分流器的磁导率显著下降, 经它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