电磁式传感器

磁电式传感器
定义：通过磁电作用，将被测量的变化转 变为电信号的传感器。
分类： 磁电感应式传感器：利用法拉第电磁
感应定律，测量磁场和位置速度等 霍尔式传感器：利用霍尔效应，测量
磁场、位置、速度、电压、电流等 磁敏传感器：利用磁阻效应，测量转
速、磁通、电流、流量等
7.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器简称感应式传感器，根据电磁感应原 理，利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电 动势即将运动速度转换成感应电势输出。是典型的无源传感 器。反向使用时可构成力发生器或电磁激振器，称为电动式 传感器。
第7章 磁电式传感器
7.1 磁电感应式传感器
7.1.1 工作原理和结构类型 7.1.3 误差及其补偿 7.1.5 应用举例
7.1.2 动态特性 7.1.4 信号调理电路
7.2 霍尔式传感器
7.2.1 霍尔效应与霍尔元件材料 7.2.2 测量电路
7.2.3 特性和指标
7.2.4 补偿电路
7.2.5 应用举例
下图所示为动圈式磁电感应式传感器的结构原 理图。当线圈在垂直于磁场方向作直线运动或 旋转运动时，若以线圈相对磁场运动的速度v或 角速度ω表示，则所产生的感应电动势e为
e NBlv
式中l——每匝线圈的平均长度； B——线圈所在磁场的磁感应强度；
e NBs
式中l——每匝线圈的平均长度； B——线圈所在磁场的磁感应强度； S——每匝线圈的平均截面积 。
7.3 磁敏传感器
7.3.1 磁敏电阻 7.3.3 磁敏三极管
7.3.2 磁敏二极管
电磁感应、霍尔效应的基本概念； 知识单元 磁电感应式传感器的工作原理、分类（恒磁通式：动圈式和动铁式结构，
变磁通式：开磁路和闭磁路结构）、基本特性、测量电路与应用； 与知识点
霍尔式传感器的工作原理、测量电路与应用； 霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿。
e NBlv e NBs
在传感器中当结构参数确定后，B、l、N、 S均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运 动速度(v或ω)成正比，所以这类传感器的基本 形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速 度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分 电路，那么还可以用来测量位移或加速度。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。
优点：一种机-电能量变换型传感器，不需要供电电源，电 路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范 围（一般为10～1000Hz），只适用于振动、转速、扭矩等 动态测量。
缺点：尺寸和重量都较大。
机
电
械
磁电式传感器
能
量
• 电感式传感器是把 被测量转换成电感量 的变化，磁电式传感 器通过检测磁场的变 化测量被测量。
深入理解电磁感应、霍尔效应的基本概念；
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理解磁电感应式传感器的工作原理、分类、基本特性、测量电路；
能力点 理解霍尔式传感器的工作原理；
了解霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿；
了解磁电感应式传感器、霍尔式传感器的应用。
重点：电磁感应、霍尔效应的基本概念，磁敏式传感器工作原理、分类、
传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜
测量高转速的场合。
n 60 f z
图为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮5和 外齿轮6、永久磁铁1和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。 当 转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转 动，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化，使线圈内产生周期性变化的感应电动 势。 显然， 感应电势的频率与被测转速成正比。
7.1.4 信号调理电路
为便于各级阻抗匹配，将积分
电路和微分电路置于两极放大
器之间。
• 直接输出电动势测量速度；e NBlv
• 接入积分电路测量位移；x vt
• 接入微分电路测量加速度。
a dv dt
7.1.5磁电式传感器的应用举例
磁电式扭距传感器：
当扭距作用在转轴上时，两个磁电传感器输出的感应 电压u1、u2存在相位差，相差与扭距的扭转角成正比， 传感器可以将扭距引起的扭转角转换成相位差的电信号。
磁电传感器
霍尔传感器测转速
7.1.1 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。 根据法拉第电磁感应定律可知，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变化时，线 圈中所产生的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的 磁通Φ的变化率，即
e N d
dt
磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈与磁 场的相对运动速度有关，故若改变其中一个因素， 都会改变线圈的感应电动势。
齿型转盘
转轴
磁电传感器1
u1
u
磁电传感器2
u2
测量电路
电磁心音传感器 电磁血流量计
例子1：某磁电传感器的总刚度为3200N/m，测得其固有频 率为20Hz。若欲使其固有频率降低为为10Hz，则其刚度应 该为多大？
根据以上原理有两种磁电感应式传感器： 恒磁通式：磁路系统恒定磁场，运动部件可以是 线圈也可以是磁铁。 变磁通式：线圈、磁铁静止不动，转动物体引起 磁阻、磁通变化。
1.恒磁通式
由永久磁铁、线圈、弹簧和骨架组成，磁路系统产生 恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，气隙中的磁 通也恒定不变，感应电势是由于线圈相对于永久磁铁运动时 切割磁力线产生的，运动部件可以是线圈也可以是磁铁，结 构常分为动圈式和动磁式
重难点
测量电路，霍尔式传感器的工作原理。
难点：磁敏式传感器的基本特性。
熟练掌握电磁感应、霍尔效应的基本概念；
掌握磁电感应式传感器的工作原理、分类、基本特性、测量电路；
学习要求 掌握霍尔式传感器的工作原理；
了解霍尔元件的基本结构、基本特性、误差及其补偿；
了解磁电感应式传感器、霍尔式传感器的应用。
2变磁通式
变磁通式的线圈和永久磁铁都是静止的，感应电势 由变化的磁通产生。
开磁路式
闭磁路式
图为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装在被测
旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变
化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测
转速n与测量齿轮上齿数z的乘积。由频率计测得f，即可求得转速n。这种