霍尔式传感器转速测量系统设计

变磁阻式转速传感器
• 它属于变磁阻式传感器。变磁阻式传感 器的三种基本类型，电感式传感器、变压 器式传感器和电涡流式传感器都可制成转 速传感器。 电感式转速传感器应用较广，它利用磁 通变化而产生感应电势，其电势大小取决 于磁通变化的速率。这类传感器按结构不 同又分为开磁路式和闭磁路式两种。 （1）开磁路式转速传感器（图4a）结构 比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧 烈的场合使用。 （2）闭磁路式转速传感器由装在转轴上 的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成 （图4b）。内、外齿轮有相同的齿数。当 转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内 、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在 线圈中产生交流感应电势。测出电势的大 小便可测出相应转速值。
即 n=f
如果在被测部件上对称安 装多个反光片或反光贴纸， 那么，n=f/N。 N-反光片或反光贴纸的数量
反射式光电转速传感器的结构图
2.电容式转速测量：电容式转速传感器是一种常用于小负荷转速
测量和瞬态转速测量的电参数型数字式传感器。它同其它数字式转速传感 器一样,主要是由预变换元件和变换元件两测量中应用较多。
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目前国内外测量转速的方法很多，按照不同的设计理论可分为以下几种。
模拟测速法
同步测速法
计数测速法
不同测量方法的比较如下表所示
型式 测量方法 通过齿轮转动数字轮 使用范围 特点 备注
机械式
中、低速
简单、价廉
来自被测旋转体上的光 线使光电管产生电脉冲 计数 式 光电式 中、高速 数字式
电磁式
利用磁电转换器将转速 变换成脉冲
• 霍尔元件（敏感元件）： 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔 元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应 宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量 、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
霍尔元件示意图
• 组成部分： 霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而 传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。
中速
用已知频率闪光测 出旋转体同步的频 率
中、高速
几种常用的转速测量方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.光电式转速测量：光电传感器是采用光电元件作为检测元件，首先把被
测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成 电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。
（1）直射式光电转速传感器： 它由开孔圆盘、光源、光敏元 件及缝隙板等组成。开孔圆盘的 输入轴与被测轴相连接，光源发 出的光，通过开孔圆盘和缝隙板 照射到光敏元件上被光敏元件所 接收，将光信号转为电信号输出 。开孔圆盘上有许多小孔，开孔 圆盘旋转一周，光敏元件输出的 电脉冲个数等于圆盘的开孔数， 因此，可通过测量光敏元件输出 的脉冲频率，得知被测转速 式中：n - 转速 f - 脉冲频率 N - 圆盘开孔数。
霍尔式转速传感器设计
主讲人：鲍磊 组员：冯超 张琪琪 曹强 姜长青 蔡庆瑶
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工程实践中，经常会遇到各种 需要测量转速的场合，例如在发电 机、电动机、卷扬机、机床主轴等 旋转设备的试验、运转和控制中， 常需要分时或连续测量和显示其转 速和瞬时转速。
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转速测量的应用系统在工业生 产、科技教育、民用电器等各领域 的应用极为广泛，往往成为某一产 品或控制系统的核心部分，其各种 参数在不同的应用中有其侧重，但 转速测量系统普遍的应用在国民经 济中，有着重要的意义。
中、高速
数字式
利用离心力与转速的平 方成正比的关系 机械式 模拟 式 中、低速 简单
利用电机电流或交流电 压与转速成正比关系
发电机式
高速
可远距离指示
测速发电机
型式
测量方法
使用范围
特点
备注
模拟 式
电容式
利用电容充、放电 与转速成正比的关 系
中、高速
机械式 同步 式 闪光式
转动带槽的圆盘， 观察旋转体的同步 关系
霍尔效应：
• 置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不一致时, 载 流导体上垂直于电流和磁场方向产生电动势, 这种现象称霍尔效应。 该电势称霍尔电势。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。 霍尔电位差UH的基本关系为
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UH=RHIB/d
RH=1/nq（金属） 式中 RH——霍尔系数： n——载流子浓度或自由电子浓度； q——电子电量； I——通过的电流； B——垂直于I的磁感应强度； d——导体的厚度。
即 n=f/N
• （2）反射式光电传感器：
它主要由被测旋转部件、反 光片（或反光贴纸）、反射式 光电传感器组成，在可以进行 精确定位的情况下，在被测部 件上对称安装多个反光片或反 光贴纸会取得较好的测量效果 。在本实验中，由于测试距离 近且测试要求不高，仅在被测 部件上只安装了一片反光贴纸 ，因此，当旋转部件上的反光 贴纸通过光电传感器前时，光 电传感器的输出就会跳变一次 。通过测出这个跳变频率f， 就可知道转速n。
（2）介质变化型：
介质变化型是在电容器 的两个固定电极板之间嵌 入一块高介电常数的可动 板而构成的。 可动介质板与转动轴相 连，随着转动轴的旋转， 电容器板间的介电常数发 生周期性变化而引起电容 量的周期性变化，其速率 等于转动轴的转速。
图中齿轮外沿面作为电 容器的动极板,当电容器定 极板与齿顶相对时,电容量 最大,而与齿隙相对时,电容 量最小。因此,电容量的变 化频率应与齿轮的转频成 正比 。
（1）面积变化型： 图3中是面积变化型的原理，图中电容式转速传感器由两块固定金属板和与 转动轴相连的可动金属板构成。可动金属板处于电容量最大的位置，当转动 轴旋转180°时则处于电容量最小的位置。电容量的周期变化速率即为转速。 可通过直流激励、交流激励和用可变电容构成振荡器的振荡槽路等方式得到 转速的测量信号。
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霍尔式转速传感器
原理：是一种采用霍尔原理的的转速传感器。它的感应对象为磁钢。
当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相 关的脉冲信号，达到测速目的。
优点：安装使用方便，通用性好
可执行性高、易操作、精度高 同时误差比较小，适应于各种复杂环境 霍尔传感器本身具有不怕灰尘、油污，安装简易，不易损坏 所以霍尔转速传感器是转速传感器中的战斗机。