5 磁电式传感器
2020年国家开放大学电大《传感器与测试技术(本)》网络核心课形考网考作业及答案
最新国家开放大学电大《传感器与测试技术（本）》网络核心课形考网考作业及答案100%通过考试说明：2018年秋期电大把《传感器与测试技术》网络核心课纳入到“国开平台”进行考核，它共有四个形考任务，针对该门课程，本人汇总了该科所有的题，形成一个完整的标准题库，并且以后会不断更新，对考生的复习、作业和考试起着非常重要的作用，会给您节省大量的时间。
做考题时，利用本文档中的查找工具，把考题中的关键字输到查找工具的查找内容框内，就可迅速查找到该题答案。
本文库还有其他网核及教学考一体化答案，敬请查看。
形考作业1一、判断题（共20小题，每小题5分，共100分）题目11．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。
选择一项：对错题目22．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。
选择一项：对错题目33．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。
选择一项：对错题目44．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。
选择一项：对错题目55．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。
选择一项：对错题目66．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。
选择一项：对错题目77．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。
选择一项：对错题目88．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L 或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
选择一项：对错题目99．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。
选择一项：对错题目1010．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。
选择一项：对错题目1111．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。
选择一项：对错题目1212．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
选择一项：对错题目1313．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是一种常用的用于测量和检测磁场的传感器。
其工作原理基于磁性材料在外加磁场作用下产生的磁电势。
磁电式传感器通常由两个主要部分组成：磁敏感元件和信号处理电路。
磁敏感元件是通常由铁磁材料制成的，比如镍、铁、钴等。
这些材料在外加磁场的作用下会发生剩余磁化现象，即使在磁场消失后，仍能保持一定的磁性。
当外加磁场作用在磁敏感元件上时，磁性材料内部的磁矩会发生改变。
这种磁矩的改变会导致磁敏感元件两端产生电势差，即磁电势。
这个电势差与外加磁场的强度成正比，可以通过测量电势差来间接测量磁场的强度。
信号处理电路用于放大和处理由磁敏感元件产生的微弱电势差。
通常，这些电路会对输入的电势差进行放大和滤波，以提高测量的准确性和稳定性。
然后，信号处理电路将处理后的电信号转换为数字信号或模拟信号，供其他设备使用或进行进一步的数据处理。
总而言之，磁电式传感器通过利用磁敏感元件在外加磁场作用下产生的磁电势，实现对磁场强度的测量和检测。
其工作原理简单可靠，广泛应用于各种领域，比如工业控制、汽车电子、电力系统等。
传感器 课后题及答案
传感器课后题及答案第1章传感器特性1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
5．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时，，又为多少？，相角各为多少？8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
10. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
11．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。
12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。
13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。
15．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
传感器原理及应用 第五章 磁电式与压电式传感器
8/2/2023
8
5.1.3磁电式感应式传感器的测量电路
磁电感应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。下图为测量 电路方框图。
磁电式传感器虽然配用积分电路可以测量位移，但它 只能测量位移随时间的变化，即动态位移，不能测静态位 移。
8/2/2023
（1）在有效载荷作用下测得最低频率时，位移的振幅为 5mm，试计算这时的输出电压值。
11
[例题1]图（a）磁电式传感器和图（b）自感式传感器有 何 异同？为什么后者可测量静态位移或距离而前者却不能？
解：相同点：二者都有线圈和活动衔铁。不同点：（a）
磁电式传感器的线圈是绕在永久磁钢上，磁电式传感器有永久
磁铁。自感式传感器的线圈是绕在不带磁性的铁心上。（b）
自感式传感器的自感取决于活动衔铁与铁心的距离，磁电式传
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
8/2/2023
6
1.非线性误差
主要原因是：由于传感器线圈内有电流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 如右图所示。
如图所示可见，在磁电感应式传感器后面接积分电路可 以测量位移，后面接微分电路可以测量加速度。因为位移是 速度的积分，而加速度是速度的微分。
8/2/2023
13
[例题3]已知磁电式速度传感器的技术参数如下：频率范围 5~100Hz，位移幅值范围为5mm（峰-峰值），加速度幅值 范围为0.1~30g（g=9.8m/s2），无阻尼固有频率为5Hz，线 圈电阻为600Ω，横向灵敏度最大为20%，灵敏度为 4.88V/(m/s),质量为170g。假设测量的振动是简谐振动。
2020年国家开放大学电大《传感器与测试技术(本)》网络核心课形考网考作业及答案
最新国家开放大学电大《传感器与测试技术（本）》网络核心课形考网考作业及答案100%通过考试说明：2018年秋期电大把《传感器与测试技术》网络核心课纳入到“国开平台”进行考核，它共有四个形考任务，针对该门课程，本人汇总了该科所有的题，形成一个完整的标准题库，并且以后会不断更新，对考生的复习、作业和考试起着非常重要的作用，会给您节省大量的时间。
做考题时，利用本文档中的查找工具，把考题中的关键字输到查找工具的查找内容框内，就可迅速查找到该题答案。
本文库还有其他网核及教学考一体化答案，敬请查看。
形考作业1一、判断题（共20小题，每小题5分，共100分）题目11．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。
选择一项：对错题目22．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。
选择一项：对错题目33．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。
选择一项：对错题目44．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。
选择一项：对错题目55．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。
选择一项：对错题目66．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。
选择一项：对错题目77．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。
选择一项：对错题目88．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L 或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
选择一项：对错题目99．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。
选择一项：对错题目1010．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。
选择一项：对错题目1111．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。
选择一项：对错题目1212．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
选择一项：对错题目1313．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
传感器技术与应用第2版-部分习题答案
第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9．解：10. 解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。
，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
17．答：⑴20。
C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。
C时，V0在0～18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
⑶20。
C时，V0为0～18.85mV，30。
C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。
但相对（2）得情况来说有很大的改善。
18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。
11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。
磁电式传感器
➢因RH＝ρμ（其中ρ为材料电阻率；μ为载流子迁移率， μ=v/E，即单位电场强度作用下载流子的平均速度），一 般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型半 导体材料。
➢霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以通常霍尔元 件都较薄。薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。
一般频响范围：10Hz~2kHz。
（二）变磁通式
又称为变磁阻磁电感应式传感器，常用来测量旋转物体的 角速度。结构原理如下图。
1、开磁路变磁通式
工作原理：线圈3和磁铁5静止不动，测量齿轮2（导磁材 料制成）安装在被测旋转体1上，随之一起转动，每转过一 个齿，它与软铁4之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就 变化一次，线圈3中产生的感应电动势的变化频率等于测量 齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。
（三）磁电感应式扭矩仪（变磁通式）
1、结构组成：
转子（包括线圈）固定在传感器轴上，定子（永久磁铁） 固定在传感器外壳上。转子、定子上都有一一对应的齿和 槽。
2、测量原理：
➢测量扭矩时，需用两个传感器，将它们的转轴（包括线圈 和转子）分别固定在被测轴的两端，它们的外壳固定不动。
➢安装时，一个传感器的定子齿与其转子齿相对，另一个传 感器的定子槽与其转子齿相对。
定义：通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转 速）转换成电信号的一种传感器。
分类： 磁电感应式传感器； 霍尔式传感器； 磁栅式传感器。
第一节 磁电感应式传感器
▪ 磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称为电动 式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在 导体两端输出感应电动势的。它是一种机-电能量 变换型传感器。
在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形测量轮2，软铁 （极掌）4制成内齿轮形式，这时输出信号频率为f=nZ/60， 其中Z为测量齿轮的齿数。
磁电式传感器的工作原理
一、引言磁电式传感器（magnetic-electric sensor）是一种常见的传感器类型，广泛应用于各个领域中，包括工业自动化、交通运输、机器人、医疗设备等。
磁电式传感器利用磁力与电磁感应的原理，将磁场的变化转化为电信号，从而实现对磁场强度、方向或位置的检测。
本文将详细解释磁电式传感器的工作原理，包括其基本原理、结构、工作方式以及应用领域。
二、磁电式传感器的原理1. 电磁感应原理磁电式传感器的工作原理基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁力线穿过时，会在导体中产生电动势。
这种现象可以用以下公式表示：EMF = -dΦ/dt其中EMF表示电动势，Φ表示磁场通量，dt表示时间的微小变化。
根据该定律可知，当磁场强度或磁场方向发生变化时，会在导体中产生电动势。
2. 磁电效应原理磁电式传感器的核心部件是磁电材料，如铁电材料或磁电材料。
磁电材料具有磁电效应，即在外加磁场的作用下，会产生磁感应强度与电场强度之间的线性关系。
磁电效应可以通过以下公式表示：E = k * H其中E表示电场强度，k表示磁电系数，H表示磁场强度。
根据该公式可知，当磁场强度发生变化时，磁电材料会产生相应的电场强度变化。
3. 磁电式传感器的构成磁电式传感器通常由磁电材料、电极、封装以及相关电路组成。
磁电材料：磁电材料是磁电式传感器的核心部件，它通过磁电效应将磁场的变化转化为电场的变化。
常见的磁电材料包括铁电材料和磁电材料。
电极：电极用于连接磁电材料和外部电路，将磁电材料产生的电场信号引出。
封装：封装是保护磁电材料和电极的外壳，通常采用环氧树脂或金属外壳进行封装。
相关电路：相关电路包括放大电路、滤波电路和输出电路等，用于放大和处理磁电材料产生的电场信号，提供给外部电路使用。
4. 磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理基于磁电效应和电磁感应的原理。
当存在磁场时，磁电材料会产生相应的电场变化。
根据电磁感应原理，当磁场的强度或方向发生变化时，会在磁电材料中产生电动势。
05磁电式传感器-霍尔传感器
(a) 霍尔元件外形
(b)电路符号
(c) 基本应用电路
3．霍尔元件的主要特性及材料 1) 霍尔元件的主要特性参数
(1) 灵敏度kH：表示元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所 得到的开路（RL=∞）霍尔电动势，单位为V/(A·T)。
(2) 霍尔输入电阻Ri：霍尔控制电流电极间的电阻值。 (3) 霍尔输出电阻Ro：霍尔输出电极间的电阻值。 (4) 霍尔电阻的温度系数α：表示在一定的磁感应强度和 控制电流的条件下，环境温度每变化1℃时霍尔元件材料的 电阻变化率，单位为%/℃。
R
i0
2) 合理选择负载电阻RL的阻值 霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电动势UH都是温度的函数(设为正 温度系数)，当霍尔元件接有负载RL时，在RL上的电压为：
UL R L U H 0 [1 ( t t 0 )] R L R o 0 [1 ( t t 0 )]
为了负载上的电压不随温度变化，应使dUL/d(t-t0)=0，即
在上述的4种零位误差中，寄生直流电动势、感应零电动势以及 自激场零电动势，是由于制作工艺上的原因而造成的误差，可以 通过工艺水平的提高加以解决。而不等位电动势所造成的零位误 差，则必须通过补偿电路给予克服。 霍尔元件结构及等效电路如图
在理想情况下R1=R2=R3=R4，即可取得零位电动势为零(或零位电阻 为零)，从而消除不等位电动势。实际上，若存在零位电动势，则 说明此4个电阻不完全相等，即电桥不平衡。为使其达到平衡，可 在阻值较大的桥臂上并联可调电阻 RP 或在两个臂上同时并联电阻 RP 和R。
霍尔效应演示
B
C D A
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内 侧偏移，在半导体薄片A、B方向的端面之间建立起霍尔电 势。
磁电式传感器原理
磁电式传感器原理
磁电式传感器是一种常用的物理量测量装置，它利用磁电效应实现对磁场的测量。
磁电效应是指当磁场作用于特定的材料时，会在材料中产生电势差或电流。
磁电式传感器的工作原理可以分为两个步骤：磁场的感应和电信号的转换。
首先，当磁场作用于磁电式传感器中的磁敏材料时，磁敏材料内部的自由电子会受到力的作用，从而形成一个电势差或电流。
这是由于磁场会改变电子的运动轨迹，导致电荷在材料中的分布发生变化。
这个电势差或电流的大小与磁场的强度成正比。
然后，磁电式传感器会将产生的电势差或电流信号转换成可用的测量信号。
这通常通过将电势差转换成电压信号或通过电流信号经过放大和滤波后得到。
这样的测量信号可以用来表示磁场的强度或与其他物理量的关系。
磁电式传感器有许多应用领域，包括磁场测量、运动传感、接近开关等。
它们通常具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等特点，可以实现对磁场的准确测量。
同时，磁电式传感器还可以通过改变磁敏材料的性质或结构，实现对不同范围和分辨率的测量需求。
传感器唐文彦5磁电式传感器
a)开磁路
感应电动势频率
a)闭磁路
f nz (Hz) 60
11cgq05_1
数字量
6
闭磁路型 转
环频 轴 境率 条下 件限 要较 求高 低; ；
内齿轮
外齿轮
内外齿轮的齿数相同
11cgq05_1
7
其中永久磁铁(俗称“磁钢”)与线圈 均固定，动铁心(衔铁)的运动使气隙和磁 路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产 生感应电势，因此又称变磁阻式结构。
11cgq05_1
2
一、类型及工作原理
电磁感应：N匝线圈在磁场中运 动切割磁力线或线圈所在磁场的磁 通发生变化时，线圈中产生的感应 电动势为
e N d
dt
根据这一原理，可以设计成恒定磁通式和 变磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速 度的磁电式传感器。
11cgq05_1
3
1、恒定磁通式
11cgq05_1
42
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
线性型三端 霍尔集成电路
11cgq05_1
43
开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳 压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集 电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门 由高阻态变为导通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍 尔器件如UGN3020等。
速度。
11cgq05_1
17
设 kH=RH / d
第5章 磁电式传感器 3
3、磁电式测扭矩传感器 ■扭矩
扭矩是使物体发生转动的力 扭矩是指旋转装置旋转时，所需要的力矩，单位是牛顿· 米。 （旋转装置旋转时，正常工作范围内可以加载的最小力矩）
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 扭矩是汽车发动机的主要技术指标之一，它反映在汽车性能上， 包括加速度、爬坡以及悬挂能力等。 它的定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做用一定的功， 它的单位是牛顿；在每个单位距离所做的功就是扭矩。 扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与 发动机的功率成正比。 在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。
当传感器线圈相对运动的速度 和方向改变时，由 i 产生的附 加磁场的作用也随之改变 ， 从而使传感器的输出有谐波失 真。线圈中的电流越大，这种 非线性就越严重。
v Φ N
i
Φi
e
S
采用补偿线圈，可使其产生的 传感器线圈电流 i 的磁场效应 交变磁通与线圈本身产生的交 变磁通相互抵消。 气隙磁场不均匀也是造成传感器非线性误差的原因之一。
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速） 转换成电信号的一种传感器。
磁电式传感器不需要辅助电源，就可把被测对象的机械能转换成 有用的电信号，是一种无源传感器。也称为电动式传感器。 本章介绍磁电式传感器有：
●磁电感应式传感器
●霍尔式传感器
3
第一节 磁电感应式传感器
一、工作原理及结构
二、磁电感应式传感器的误差分析 三、磁电感应式传感器的应用
ld
N
永久磁铁
v
弹簧
支架 线圈 软铁 磁路
式中： B 工作气隙磁感应强度 l 每匝线圈的平均长度 v 线圈相对于磁场的运动速度 W 线圈处于工作气隙磁场中的线圈匝数，工作匝数
磁电式传感器
Hale Waihona Puke 电式传感器磁电式传感器的优点和局限性
磁电式传感器具有以下优点：结构简单、可 靠性高、寿命长、测量准确度高、抗干扰能 力强等。同时，磁电式传感器也存在一些局 限性，例如对温度和湿度的变化比较敏感， 容易受到外界磁场的影响，以及输出信号较 小需要放大处理等。因此，在实际应用中需 要根据具体需求选择合适的传感器类型和规 格
磁电式传感器
磁电式传感器的未来发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，磁电式传感器的发展趋势如下
高精度与高可靠性：为了满足各种高精度和高可靠性应用的需求，需要不断提 高磁电式传感器的测量准确度和稳定性。可以采用新型材料和技术手段优化传 感器的结构和工艺，提高其性能指标。同时加强传感器的可靠性设计，提高其 稳定性和使用寿命
2
由于其结构简单、测量准确、可靠 性高、寿命长等优点，磁电式传感 器在工业自动化、航空航天、能源、
交通等领域得到了广泛应用
磁电式传感器
磁电式传感器的原理
磁电式传感器的工作原理基于法 拉第电磁感应定律，当导体线圈 在磁场中作切割磁感线运动时， 线圈中就会产生感应电动势。感 应电动势的大小与导体线圈的匝 数、磁感应强度B、线圈面积和 切割速度成正比。因此，通过测 量感应电动势的大小，就可以确 定被测量的变化
由于磁电式传感器具有测量准确、可靠性高、寿命长等优点，因此广泛应用于以下领域
电力工业：用于测量发电机、变压器的磁场电流和位移，以及电缆的局部放电 等 航空航天：用于测量飞机的飞行速度、加速度、陀螺仪等 能源：用于风力发电机的转速和功率测量，以及水轮机的流量和压力测量等
磁电式传感器 1 交通：用于测量汽车和火车的速度、加速度、里程表等 2 机器人：用于机器人的定位、导航和控制等 3 环境监测：用于测量空气质量、水质等环境参数 4 自动化生产线：用于测量生产线上物体的位置、速度等参数，实现自动化控制 5 医疗器械：用于测量心脏、呼吸等生理参数 6 安全监控：用于监控摄像头、红外探测器等安全设备中的磁场变化，实现报警功能 7 科学实验：用于磁场、电流等物理量的测量和实验研究
传感器技术5-磁电式传感器-中英对照
三.永久磁铁的稳定性(stability of permanent magnet)
永久磁铁磁感应强度的稳定性直接影响工作气隙中磁感应强度的稳定性。 为了保证磁电式传感器的精度和可靠性，一般采取如下几种稳磁(magnetic stabilization)处理措施。 （1）时间稳定性(time stability)； 矫顽力(coercivity)越高、尺寸比(size proportion)越大越稳定。为了在使 用过程中保持稳定，用少量交流强制退磁(demagnetization)的办法可以获得 良好的效果。
为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场 (uniform magnetic field)内运动。设计者的任务是选择合 理的结构形式、材料和结构尺寸，以满足传感器基本性能 要求。
5.2 磁电式传感器的动态特性
第二节 磁电式传感器的动态特性
课本117页图5-3是图5-2所示传感器的二阶系统(second order system)力学模型(mechanical model) ，设 x0 和 xm 分别为 振动物体和质量块的绝对位移(absolute displacement)，则 它们之间的相对位移(relative displacement)为：
5.3 磁电式传感器的误差及补偿
第三节 磁电式传感器的误差及补偿
一.非线性误差(error of nonlinearity)
磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是，由于传感器线圈输出电流i变 化产生的附加磁通(additional flux)Φi叠加在永久磁铁产生的气隙磁通(air gap flux) Φ之上，使恒定的气隙磁通变化。当传感器的线圈相对运动的 速度和方向改变时，附加磁场的作用也随之改变，从而使传感器的灵敏度 随被测速度的大小和方向的改变而变化。显然，传感器的灵敏度越高，线 圈中的电流越大，这种非线性将越严重。 为补偿附加磁场的干扰，可以在传感器中加入补偿线圈(compensation coil)。适当选择补偿线圈的参数，可以使其产生的交变磁通(alternating flux)与传感器线圈本身产生的交变磁通互相抵消。见图5-2(a) 气隙磁场不均匀(nonuniformity)也是造成传感器非线性误差的原因之一。 见图5-7
磁电式传感器工作原理
磁电式传感器工作原理
磁电式传感器是一种常用于检测磁场强度的传感器。
它的工作原理基于磁电效应，即当磁场通过特定材料时，会产生电势差。
磁电式传感器通常由感应线圈和磁核组成。
感应线圈是一根绕有导线的线圈，磁核则是材料制成的磁性物体，通常是铁芯。
当没有磁场作用时，感应线圈中不会产生电流。
当外部磁场作用于磁核时，磁核产生的磁通量会穿过感应线圈。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量连续变化时，感应线圈中会产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，而磁通量的变化率与外部磁场的强弱有关。
因此，磁电式传感器可以通过测量感应线圈中产生的感应电动势来间接测量外部磁场的强度。
常见的应用包括地磁传感器、电动机转速传感器和磁导航传感器等。
值得注意的是，磁电式传感器的灵敏度取决于感应线圈的设计和磁核材料的选择。
较高的灵敏度可以使传感器对磁场变化更加敏感，而较低的灵敏度则可以使传感器对较弱的磁场更加测量精准。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择适当的磁电式传感器。
磁电式传感器名词解释
磁电式传感器名词解释磁电式传感器，这名字听起来是不是有点神秘？其实啊，就像咱们生活中的一些小玩意儿，虽然名字高大上，原理却可以很接地气。
咱先说说这磁电式传感器是干啥的。
你可以把它想象成一个特别灵敏的小侦探，专门用来探测磁场和电场的变化。
就好比咱们家里要是进了贼，肯定有一些不寻常的动静被发现一样，磁电式传感器就是专门捕捉磁场和电场那些“不寻常动静”的。
比如说，在电机里，电机一转啊，磁场就会有变化，这磁电式传感器就能敏锐地察觉到这个变化，就像鼻子超级灵的小狗，一点点异味都能嗅出来。
那这磁电式传感器长啥样呢？它啊，结构说简单也简单，说复杂也有点复杂。
简单来说呢，就有一些磁性材料和线圈之类的东西组合在一起。
这就好比是一个小团队，每个成员都有自己的任务，组合在一起就能发挥大作用。
磁性材料就像是一个能量源，能产生磁场，而线圈呢，就像是一个捕捉器，专门捕捉磁场变化带来的信号。
再讲讲它的工作原理吧。
当磁场发生变化的时候，就会在线圈里产生感应电动势。
这就像风吹过湖面会泛起涟漪一样自然。
磁场的变化就如同那阵风吹过，而线圈里产生的感应电动势就是那泛起的涟漪。
这种感应电动势可是很有用处的，可以转化成电信号，然后我们就可以根据这个电信号来知道磁场或者电场发生了什么样的变化。
这就好比我们看到湖面的涟漪大小、方向，就能大概知道风是从哪个方向吹来，风力有多大。
磁电式传感器的种类那也是不少呢。
有动圈式的，这就像一个灵活的小舞者。
动圈式的磁电式传感器里面的线圈是可以动的，就像小舞者在舞台上自由地舞动。
当有磁场变化的时候，这个可动的线圈就会做出反应，产生我们需要的信号。
还有动铁式的呢，这动铁式就像是一个有力量的大力士。
动铁式磁电式传感器里的铁磁体是可以动的，磁场一变化，铁磁体的动作就会让线圈产生相应的信号，就像大力士用力的时候，周围的东西都会受到影响一样。
磁电式传感器在咱们生活中的应用可广泛了。
在汽车里，它能用来检测发动机的转速。
发动机一转，磁场变化，传感器就知道发动机转得多快了，这就像汽车的一个小管家，时刻关注着发动机的状态。
磁电式传感器的基本结构
磁电式传感器是一种使用磁场和电压相互作用的传感器，常用于测量磁场强度或检测磁性材料的位置、速度和位移等参数。
其基本结构包括以下几个主要组成部分：1. 磁性材料：磁电式传感器中使用的磁性材料通常是铁氧体或其他具有磁性的材料。
这些材料具有良好的磁导率和磁导性能，可以产生和感应出磁场。
2. 磁场感应元件：磁电式传感器中的磁场感应元件是用于感应周围磁场的变化，并将其转换为电信号的部分。
常见的磁场感应元件包括霍尔效应传感器、磁电阻传感器和磁感应电容传感器等。
- 霍尔效应传感器：基于霍尔效应的传感器通过感应磁场中的霍尔电压变化来检测磁场的强度和方向。
当磁场施加在霍尔元件上时，将产生电压差，从而提供有关磁场的信息。
- 磁电阻传感器：磁电阻传感器利用磁场对材料电阻产生的影响来测量磁场。
磁场会改变材料中的电阻，通过测量电阻的变化，可以推断出磁场的强度。
- 磁感应电容传感器：磁感应电容传感器利用磁场对电容器电容值的影响来测量磁场。
磁场的变化会导致电容器中的电容值发生变化，通过测量电容值的变化，可以获得磁场信息。
3. 信号处理电路：磁电式传感器通常需要将感应到的电信号进行放大、滤波和调理，以便后续的测量和分析。
信号处理电路可以将感应到的微弱信号放大到合适的范围，并进行必要的滤波和校准，以提供准确的输出信号。
4. 输出接口：磁电式传感器的输出接口通常是电压信号或数字信号。
电压输出通常是通过模拟电路实现的，可以直接连接到外部测量设备或控制系统。
数字输出通常是通过微处理器或其他数字电路实现的，可以提供数字化的测量结果。
总之，磁电式传感器的基本结构包括磁性材料、磁场感应元件、信号处理电路和输出接口。
通过这些组成部分的协同作用，磁电式传感器能够感应和测量磁场的强度和变化，并将其转换为可用的电信号。
这使得磁电式传感器在许多应用领域中具有广泛的应用价值。
磁电式转速传感器安全操作及保养规程
磁电式转速传感器安全操作及保养规程磁电式转速传感器是一种常见的机械传动系统测量设备，用于测量旋转设备的转速和位置。
为了保证长期稳定地使用，需要注意安全操作和定期保养。
安全操作规程1. 使用前检查传感器的完好状态在使用磁电式转速传感器前，需要先仔细检查设备的完好状态。
检查传感器是否损坏或磨损，是否存在松动的电缆和接头等情况，如果存在则需要及时修复或更换，确保传感器正常工作。
2. 正确安装传感器正确的安装传感器可以保证其测量的准确性，同时也可以防止传感器在使用过程中发生松动或意外脱落的情况。
安装前需要确认传感器的位置和安装方式，根据实际情况选择合适的安装方式，同时注意安装过程中需要使传感器和测量物体保持一定的距离，避免传感器受到不必要的振动或摩擦。
3. 正确接线在接线时，需要按照传感器的接线要求进行连接，防止因接线不当导致传感器无法正常工作或发生电气故障。
同时还需要注意保持接线端子的清洁和干燥，避免因进水或腐蚀导致接线松动。
4. 避免外力干扰为了有效避免传感器受到外力干扰，需要将传感器绑扎或固定在空间中尽量稳定的位置。
避免传感器在运转过程中受到撞击和振动，避免流体、粉尘、杂质等污染物进入传感器内部，也要避免安装过程中虚连或漏接，接线不当等可能导致电接触不良等故障。
5. 注意防护和维护在传感器长期使用过程中，需要加强对设备的防护和维护，同时也需要注意安全操作。
如在检修或拆卸传感器时，首先应断开电源并确保传感器处于安全状态。
检查传感器的机械结构和电气连接是否松动或磨损。
定期清除传感器表面和周围的污垢、灰尘等，保持设备表面的清洁度，减少传感器表面电磁波影响和增加损耗。
保养规程1. 定期检测电气性能为了保证传感器持续稳定的工作，在设备使用过程中，需要定期检测传感器的电气性能，包括检查传感器的输出信号是否正常、检查传感器电路是否有短路、接触不良等情况。
2. 清洁设备表面由于传感器通常安装在机械部件上，受到外界物理损伤、污垢等影响，表面会出现不同程度的损坏，清洁设备表面是一项重要的保养工作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
e AWB cos 2t
A-线圈截面积；B= Bmax- Bmin,磁路中最大与最小磁感应强度
5.1.1 工作原理和结构类型
图5-2 恒定磁通路电感应式传感器结构原理图
返回 上页 下页 图库
5.1.1 工作原理和结构类型
2 恒磁通式
在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电 势是由永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力 线而产生。这类结构有两种，动圈式和动铁式，如图示。
恒磁通式结构 (a)动圈式；(b)动铁式
第5章 磁电式传感器
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、 位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感 应式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。磁 电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产 生感应电动势的； 霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效 应(霍尔效应)而输出电动势的。 5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器
返回 上页 下页 图库
5.1.2 动态特性分析
dv （a）m c vdt bv F dt di 1 (b) L vdt Ri u,Z R j L 1/( jC )=R j[ L 1/(C )], dt C 0 1/ LC
返回 上页 下页 图库
料和结构尺寸，以满足传感器基本性能要求。
5.1.2 动态特性分析
磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量，因此动态特性 是这种传感器的主要性能。应用机械阻抗概念分析机械振动系统有 很多方便之处。可以用简单的代数方法解出描述系统动态特性的传 递函数方程，而不必去解微分方程，但分析的结果则完全一致。
理想传感器基本框图 实际传感器基本框图
Z m b j ( m-
) vt Z m Ft j mv 0 F Z m Ft v 1 t
5.1.1 工作原理和结构类型
当传感器的结构确定后，式(5-2)中B、la、W都为常数， 感应电势e仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为
e S Bl v
(5-3)
为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和 尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加la和W也 能提高灵敏度，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频 率等因素的限制。 为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均 匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材
返回
上页
下页
Hale Waihona Puke 图库5.1.1 工作原理和结构类型
图5-1 变磁通式磁电感应式传感器结构原理图
返回
上页
下页
图库
5.1.1 工作原理和结构类型
1 变磁通式
变磁通式磁电感应传感器一般做成转速传感器，产生感 应电动势的频率作为输出，而电动势的频率取决于磁通变化 的频率。
如图所示开磁路变磁通式转速传感器。 测量齿轮4安装在被测转轴上与其一起 旋转。当齿轮旋转时，齿的凹凸引起 磁阻的变化，从而使磁通发生变化， 因而在线圈 3中感应出交变的电势，其 频率等于齿轮的齿数 Z 和转速 n 的乘积， 即
5.1.2 动态特性分析
机械阻抗 : 机械振动系统中某一点上的运动响应（位移、 速度、加速度）与引起这个运动的力F之间的关系。
Zm F
v c
对比两个模型：Z m b j ( m- )
O c m
返回
上页
下页
图库
5.1.2 动态特性分析
传递矩阵
磁电感应式传感器具有双向性质
返回 下页 图库
5.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器也称为电动式传感器，或感 应式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而 在导体两端输出感应电动势的。因此它是一种机 ― 电能量换型传感器，不需供电电源，是直接从被测 物体吸取机械能量并转换成电信号输出。 传感器的重量和尺寸较大。
返回
上页
下页
图库
5.1.1 工作原理和结构类型
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁 轭及空气隙组成。气隙中的磁场均匀分布，测量线圈绕在 筒形骨架上，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。 当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电 势e为 (5-2)
式中
B——气隙磁通密度(T)； l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m) l＝laW(la为每匝线圈的平均长度) v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度 (v=dx/dt, m/s)。
磁电感应式传感器的二端口网络框图
返回 上页 下页 图库
5.1.2 动态特性分析
传递矩阵 1 传感器机械阻抗的传递矩阵 vt v 0 vm =v (传感器的响应速度）
xt x 0 xm 质量块：Fb Fc Ft Fm bvt j c vt Ft j mvm =j m （v 0 -vt ) c
f Zn / 60
式中： Z 为齿轮齿数； n 为被测轴转速 (r/min) ； f 为感应 电动势频率(Hz)。这样当已知Z，测得f就知道n了。
5.1.1 工作原理和结构类型
1 变磁通式
其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线 圈4均固定，动铁心3(衔铁)的运动使 气隙5和磁路磁阻变化，引起磁通变 化而在线圈中产生感应电势，称
5.1.1 工作原理和结构类型
磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的，根据电 磁感应定律，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁 链对时间的变化率，即
d d W e dt dt
W ― ―线圈匝数： Φ ― ―线圈所包围的磁通量。
若线圈相对磁场运动为速度v或角转度ω时，则可得 e＝-WBlv 或 e＝-WBsω 在传感器中，当结构参数确定后．即B、l、W、s均为定值，那 么感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比。 根据 上述原理。人们设计了两种类型的结构：一种是变磁通式；另一 种是恒定磁通式。