磁电感应式传感器的测量电路
磁电式传感器的转速测量实验报告
磁电式传感器的转速测量实验报告实验目的:1.通过磁电式传感器测量旋转角度和转速。
2.掌握磁电式传感器的工作原理。
3.熟悉使用数字万用表和示波器进行信号测量。
实验器材:1.磁电式传感器2.数字万用表3.示波器4.直流电源5.实验台实验原理:磁电式传感器是一种将磁场、电场和运动简单互相联系的电器元件。
磁电式传感器由磁电感应电路和运放电路构成。
当磁感发生改变时,电感也会随之改变,从而在运放电路中产生输出电压信号。
在本实验中,由于磁电式传感器的内部磁场与传感器转动轴线垂直,因此当传感器转动时,会产生与转动速度成正比的电压输出信号。
根据电压输出信号的变化可以确定传感器电压的周期和频率,从而计算出旋转角度和转速。
实验步骤:1.将磁电式传感器安装在实验台上,并将传感器的输出插头插入数字万用表的电压测量插孔中。
2.将磁电式传感器连接到示波器上,并将示波器调整到适当的范围。
3.将磁电式传感器接入直流电源中,将电压设置在适当范围内。
4.慢慢旋转传感器,观测数字万用表和示波器上的输出信号,记录旋转角度和转速数据。
5.根据记录的数据,分析传感器的性能和工作特点,并进行实验报告撰写。
实验结果:经过实验测量,我们发现磁电式传感器的转速测量的值与理论值相差不大,表明该传感器的测量精度和稳定性较高,可用于工业生产中的转速检测和控制。
实验结论:本次实验通过磁电式传感器测量旋转角度和转速,掌握了磁电式传感器的工作原理,熟悉使用数字万用表和示波器进行信号测量。
实验结果表明,该传感器具有高测量精度和稳定性,可用于工业生产中的转速检测和控制。
磁电式转速传感器测转速实验
磁电式转速传感器测转速实验本文主要介绍磁电式转速传感器的工作原理及其在转速测量中的应用。
通过实验验证它的测速精度,并探究其各种测速原理。
一、磁电式转速传感器的工作原理磁电式转速传感器是一种测量转速的传感器,它利用磁电效应实现测量。
磁电效应是指物质受到磁场作用后,会产生电压或电流变化的现象。
磁电式转速传感器利用磁场作用于旋转铁芯时,感应出的磁场信号,然后将这个信号转化成电信号,从而测量转速。
磁电式传感器主要是由磁场发生装置和信号处理电路组成。
其中磁场发生装置中通常包括磁铁和磁性材料,而信号处理电路包括放大电路、滤波电路和信号采集电路等。
磁电式传感器通过磁场感应出的电压信号,可以测量旋转体的转速。
磁电式转速传感器是一种广泛应用于测量转速的传感器。
它通常被用于汽车、摩托车、机床、船舶、电机、风力发电等领域中的转速测量。
在汽车和摩托车发动机的转速测量中,磁电式传感器常常是通过电子控制模块感应发动机的曲轴转速信号,然后控制点火系统的点火时间,保证引擎始终运转在最佳状态。
在机械系统中,磁电式传感器被广泛应用于螺纹切削加工机床、数控机床、切削机床、磨削机床等精密加工设备的转速测量中。
磁电式传感器由于其测量精度高、探测范围广、安装简单等优点,可广泛应用于各种机械系统的转速测量中。
在风力发电机的控制中,磁电式传感器被应用于测量风力发电机中的转子转速和风轮转速等参数,以保证风力发电机工作的稳定性和安全性。
1、实验目的2、实验器材磁电式转速传感器、旋转体、气缸等。
3、实验方法将旋转体固定在平稳的基座上,然后在旋转体的表面粘贴一个磁铁,并将磁电式传感器固定在旋转体的一侧。
然后将旋转体旋转起来,使磁铁经过磁电式传感器,记录下磁电式传感器测量到的电信号。
通过多次测试,得出磁电式传感器感应的信号的方波峰值时间周期,并计算出转速。
最后,通过计算得出磁电式传感器的测速精度。
4、实验结果通过实验得出磁电式转速传感器的测速精度达到了0.1%。
磁电式传感器测量转速原理
磁电式传感器测量转速原理1.介绍磁电式传感器是一种常用于测量转速的传感器,通过检测磁场的变化来计算物体的转速。
它具有结构简单、精度高、响应快等优点,在许多领域都得到广泛应用。
2.磁电式传感器的工作原理磁电式传感器通过利用磁场感应现象来测量转速。
当传感器与被测物体相互作用时,磁场的变化会产生电压信号,从而实现转速的测量。
3.磁电式传感器的结构3.1 磁敏元件磁电式传感器的核心部件是磁敏元件,它可以将磁场变化转换为电压信号。
常用的磁敏元件包括霍尔元件和磁致伸缩(Magnetostrictive)元件。
3.2 信号调理电路信号调理电路用于放大和整形由磁敏元件产生的微弱电压信号,以便后续的处理和分析。
它可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
3.3 输出接口输出接口将处理后的电压信号转换为转速值或其他形式的信息输出,便于用户进行监测和控制。
4.磁电式传感器测量转速的步骤4.1 确定测量位置在安装磁电式传感器之前,需要确定被测物体上用来测量转速的位置。
通常选择物体上的凸起或特定的标记点作为测量点,以确保测量的准确性和稳定性。
4.2 安装磁电式传感器根据测量位置确定的要求,正确安装磁电式传感器。
通常需要将传感器固定在物体上,并保持一定的距离,以便磁场的变化能够被传感器准确地检测到。
4.3 连接电路将磁电式传感器的输出端口与信号调理电路相连接,确保信号能够被正确的接收和处理。
4.4 校准和调试在使用磁电式传感器进行转速测量之前,需要进行校准和调试,以确保测量结果的准确性和可靠性。
校准过程中,可以通过与其他精密测量设备进行对比,来调整传感器的灵敏度和输出。
5.磁电式传感器测量转速的应用5.1 汽车工业在汽车工业中,磁电式传感器被广泛用于测量车辆引擎的转速。
它可以帮助监测引擎的工作状态,提高车辆的性能和燃油利用率。
5.2 机械制造磁电式传感器在机械制造过程中也有很多应用。
它可以用于测量机器工作部件的转速,以监测和控制机器的运行状态。
传感器原理及其应用 第6章 磁电式传感器
材料(单晶) N型锗(Ge) N型硅(Si) 锑化铟(InSb)
1/ 2
4000 1840 4200
砷化铟(InAs)
磷砷铟(InAsP) 砷化镓(GaAs)
0.36
0.63 1.47
0.0035
0.08 0.2
25000
10500 8500
100
850 1700
1530
3000 3800
哪种材料制作的霍尔元件灵敏度高
1、8—圆形弹簧片;2—圆环形阻尼器;3—永久磁铁;4—铝架; 5—心轴;6—工作线圈;7—壳体;9—引线 工作频率 固有频率 灵敏度 10~500 Hz 12 Hz 最大可测加速度 5g 可测振幅范围 精度 ≤10% 45mm×160 mm 0.7 kg
0.1~1000 m 外形尺寸 1.9 k 质量
d E N dt
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器
磁通量的变化可以通过很多办法来实现,如磁铁与线圈之间作 相对运动;磁路中磁阻的变化;恒定磁场中线圈面积的变化等, 一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式两类。 6.1.1 恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理 恒磁通式磁电感应传感器结构中,工作气隙中的磁通恒定,感 应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割 磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种,如图所示。
武汉理工大学机电工程学院
第6章 磁电式传感器 磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线,产生与运动速度dx/dt 成正比的感应电动势E,其大小为
dx E NBl dt
式中:N为线圈在工作气隙磁场中的匝数;B为工作气隙磁感应 强度;l为每匝线圈平均长度。 当传感器结构参数确定后,N、B和l均为恒定值,E与dx/dt成正 比,根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 由理论推导可得,当振动频率低于传感器的固有频率时,这种传 感器的灵敏度(E/v)是随振动频率而变化的;当振动频率远大于 固有频率时,传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化,而近 似为常数;当振动频率更高时,线圈阻抗增大,传感器灵敏度随 振动频率增加而下降。 不同结构的恒磁通磁电感应式传感器的频率响应特性是有差异的, 但一般频响范围为几十赫至几百赫。低的可到10 Hz左右,高的可 达2 kHz左右。
(精选)磁电式传感器转速测量实验报告
磁电式传感器转速测量实验报告一.磁电式转速传感器的工作原理与特点磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器,属于非接触式转速测量仪表。
它不需要辅助电源,就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号。
可用于表面有缝隙的物体转速测量,有很好的抗干扰性能,多用于发动机等设备的转速监控,在工业生产中有较多应用。
磁电式转速传感器的工作原理根据法拉第电磁感应定律磁通量变化可以产生感应电动势,磁通量的变化可由磁铁与线圈之间的相对变化和磁路中的磁阻变化引起,因此磁电式转速传感器分为变磁通式和恒磁通式两种结构型式。
变磁通式结构中,永久磁铁与线圈均固定,动铁心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,又分为开磁路与闭磁路两种结构,如图1(a)、(b)。
其中:1-永久磁铁 2-软磁铁 3-感应线圈 4-测量齿轮 5-内齿轮 6-外齿轮 7-转轴本实验传感器属于开磁路变磁通式,其工作原理是:线圈、磁铁静止不动, 测量齿轮安装在被测旋转体上,随之一起转动,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与测量齿轮齿数的乘积。
4321N S闭磁路变磁通式:它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成, 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生电动势。
在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。
分为两种形式,如图NS 外壳线圈永久磁铁框架弹簧 N S永久磁铁线圈运动部分图2 (a) 线圈不动,磁铁运动 (b) 线圈运动,磁铁不动式中:B - 气隙磁感应强度(Wb/m 2)l - 线圈导线总长度(m)S - 线圈所包围的面积(m 2)v - 线圈和磁铁间相对运动的速度 (m/s)ω- 线圈和磁铁间相对旋转运动的角速(rad/s)α -运动方向与磁感应强度方向的夹角恒磁通式感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或角速度正比。
tyut传感器与射频识别复习题(没答案)
第一章传感器是技术和的重要部件。
传感器测试对象分为:与传感器是获取中信息的主要途径与手段。
传感器可狭义的定义为: “将外界的变换为的一类元件。
”传感器的发展:1、什么是传感器?按照国标定义,“传感器”应该如何说明含义。
2、传感器由哪几部分组成。
试述它们的作用和相互关系。
3、传感器的图形符号如何表示?它们各部分代表什么含义?4、空调和电冰箱中采用了哪些传感器?它们分别起到什么作用?第二章1.今有0.5级的0℃~300 ℃和1.0级的0 ℃~100 ℃两个温度计,要测80 ℃的温度,试问采用哪一个温度计好?2.对某一重物进行了十次等精度测量,测值为20.62 20.82 20.78 20.82 20.7020.78 20.84 20.78 20.85 20.85 (单位:g)求:(1)测量值的算术平均值(2)测量值的标准差3)测量结果的表达3.有一组等精度无系统误差的独立测量列,16个测量值分别为:39.44,39.27,39.94,39.44,38.91,39.69,39.48,40.56,39.78,39.35,39.86,39.71,39.46,40.12,39.39,39.76。
试判断粗大误差4.某超声波测距传感器装置,检查范围为0~500m,在整个测量范围内,与理想线性输出的最大误差为3m,其线性度为多少?5.测得某检查装置的一组输入输出数据如下:x123456y 2.20 4.00 5.987.910.1012.05求: (1)端基线性度(2)最小二乘线性度6玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传递给水银,可用一阶微分方程式来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是,y代表水银柱高(m),x代表输入温度(℃)。
求该温度计的时间常数及静态灵敏度7. 用某一阶环节的传感器测量100Hz的正弦信号,如要求幅值误差限制在以内,时间常数应取多少?如果用该传感器测量50Hz的正弦信号,其幅值误差和相位误差各为多少?1、误差按表示方法划分可分为()和(),按误差出现的规律划分可分为(),()和(),按被测量随时间变化的速度划分可分为()和(),按使用条件划分可分为()和()。
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。
第6章-磁电磁敏式传感器
• 测速度时,传感器的输出电压正比于速度信号 u v ,可
以直接放大。
• 输出功率大,稳定可靠,但传感器尺寸大、重,输出阻抗 低,通常几十~几千欧,对后置电路要求低,干扰小。
CD-1 型震动速度传感器
工作频率 固有频率 灵敏度
• 磁阻元件在工作时通常需要加偏置磁 场,使磁敏电阻工作在线性区域。
• 无偏置磁场时只能检测磁场不能 判别磁性。输出弱磁场时磁阻与 磁场关系为:
R =R0(1+MB2)
R0 ——为零磁场内阻; M ——为零磁场系数;
• 外加偏置磁场时磁阻具有极性, 相当在检测磁场外加了偏置磁场, 工作点移到线性区,磁极性也作 为电阻值变化表现出来,这时电 阻值的变化为:
代入后:
UH
Bb
IB ned
RH
IB d
K H IB
霍尔常数
RH
1 ne
与材料有关
霍尔灵敏度
KH
RH d
与薄片尺寸有关
式中:ρ—电阻率、n —电子浓度、μ—电子迁移率 μ = υ / E 单位电场强度作用下载流子运动速度。
☻ 可见霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比
U K I B ☻ 讨论 H
敏 元
件
6.3.1 磁敏电阻
(1) 磁阻效应
➢ 载流导体置于磁场中,除了产生霍尔效应外,导体中载流子 因受洛仑兹力作用要发生偏转,磁场使载流子运动方向的偏 转使电流路径变化,起到了加大电阻的作用,磁场越强增大 电阻的作用越强。
☺ 外加磁场使导体(半导体)电阻随磁场增加而增大的现象 称磁阻效应。
➢ 磁阻效应表达式为
常用传感器工作原理(磁电式)
在永久磁铁产生的恒定磁场内,放置一个可动线圈, 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或旋转运动时, 圈在磁场中作直线运动或旋转运动时,所产生的感应电动 势 e为 :
e = −NBlvsinθ e = −kNBSω
这类传感器的基本形式是 速度传感器,能直接测量 速度传感器, 因此, 线速度或角速度 。因此, 磁电感应式传感器只适用 于动态测量。 于动态测量。
磁电式传感器直接输出感应电势, 磁电式传感器直接输出感应电势,且传感器通常有较高 的灵敏度,所以一般不需要高增益放大器。 的灵敏度,所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传 感器是速度传感器,若要获取被测位移或角速度, 感器是速度传感器,若要获取被测位移或角速度,则要 配用积分或微分电路。 配用积分或微分电路。其中虚线框内整形及微分部分电 路仅用于以频率作为输出时。 路仅用于以频率作为输出时。
62磁阻式磁电传感器测量齿轮由导磁材料制成安装在被测旋转体上随之一起转动每转过一个齿传感器磁路磁阻变化一次线圈产生的感应电动势的变化频率rs等于测量齿轮上齿轮的齿数n和转速的nrmin乘积
第3章 常用传感器的工作原理
3.7 磁电式传感器
将被测物理量转换为感应电动势的一种传感器。 将被测物理量转换为感应电动势的一种传感器。 当一个N匝线圈相对处于随时间变化的磁场中, 当一个 匝线圈相对处于随时间变化的磁场中,当穿过 匝线圈相对处于随时间变化的磁场中 它的磁通量φ发生变化时, 它的磁通量φ发生变化时,线圈产生的感应电动势 dφ
e = −N dt
磁电式传感器是利用电磁感应原理,将运动速度、 磁电式传感器是利用电磁感应原理,将运动速度、位移等物理 量转换成线圈中的感应电动势输出。 量转换成线圈中的感应电动势输出。 工作时不需要外加电源, 工作时不需要外加电源,可直接将被测物体的机械能转换为电 量输出。是典型的有源传感器。 量输出。是典型的有源传感器。 特点:输出功率大,稳定可靠,可简化二次仪表, 特点: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— 适合作机械振动测量、 应低。通常在 —100HZ适合作机械振动测量、转速测量。 适合作机械振动测量 转速测量。 传感器尺寸大、 传感器尺寸大、重。 2
(第6章)磁电式传感器
6.2.2 霍尔元件的应用
1.霍尔式微量位移的测量 .
由霍尔效应可知,当控制电流恒定时, 由霍尔效应可知,当控制电流恒定时, 霍尔电压U与磁感应强度B成正比,若磁感 成正比, 的函数, 应强度B是位置x的函数,即 UH=kx 13) (6-13) 式中: ——位移传感器灵敏度 位移传感器灵敏度。 式中:k——位移传感器灵敏度。
测量转速时,传感器的转轴1 测量转速时,传感器的转轴1与被测物 体转轴相连接,因而带动转子2转动。 体转轴相连接,因而带动转子2转动。当转 的齿与定子5的齿相对时,气隙最小, 子2的齿与定子5的齿相对时,气隙最小, 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时, 磁路系统中的磁通最大。而磁与槽相对时, 气隙最大,磁通最小。因此当转子2转动时, 气隙最大,磁通最小。因此当转子2转动时, 磁通就周期性地变化,从而在线圈3 磁通就周期性地变化,从而在线圈3中感应 出近似正弦波的电压信号, 出近似正弦波的电压信号,其频率与转速 成正比例关系。 成正比例关系。
2.霍尔元件基本结构 .
霍尔元件的外形结构图,它由霍尔片、 霍尔元件的外形结构图,它由霍尔片、 根引线和壳体组成, 4根引线和壳体组成,激励电极通常用红色 而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。 线,而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。
图6-8阻 )
I v= nebd
得
IB EH = nebd
IB UH = ned
式中: 称之为霍尔常数, 式中:令RH=1/ne,称之为霍尔常数, 其大小取决于导体载流子密度, 其大小取决于导体载流子密度,则
RH IB = K H IB UH = d
(6-12) 12)
称为霍尔片的灵敏度。 式中: 式中:KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。
磁电式传感器
SW
磁电式传感器测量电路方框图
1.4 磁电感应式传感器的应用
1. 动圈式振动速度传感器
磁电式传感器
一般固有频率为153 2
1 3
磁电式传感器 2. 磁电式扭矩传感器
齿 形圆 盘 扭 转轴
u u1
u2
t
磁 电传 感 器 2 1 磁 电传 感 器 u1 u2 测 量仪 表
磁电式传感器
霍 尔元 件
霍 尔元 件 S
霍 尔元 件 N S x
S
N
N
S
x
N S
x
N
- x (a )
x (b )
- x (c )
x
图8-14 霍尔式位移传感器的工作原理图 (a) 磁场强度相同传感器; (b) 简单的位移传感器; (c) 结构相同的位移传感器
2. 霍尔式转速传感器
2 1 2
b
+ ++ + + + + + +
l
d
磁电式传感器
自由电子在电场作用下 做定向运动。此时,每 个电子受洛伦兹力fl的 作用,fl的大小为
fl=eBv 电子除了沿电流反方向作定向运动外,还在fl的作用下
漂移,结果使金属导电板内侧面积累电子,而外侧面
积累正电荷,从而形成了附加内电场EH, 称霍尔电场,
2.2 霍尔传感器的应用
1. 霍尔式微位移传感器
磁电式传感器
1. 霍尔元件左半部磁场方向 向上,右半部向下,
2. 从 a端通人电流I左半部产 生霍尔电势VH1,右半部 产生露尔电势VH2,其方 向相反
3. 霍尔元件在初始位置时 VH1=VH2,则输出为零 4. 当改变磁极系统与霍尔元 件的相对位置时,即可得 到输出电压,其大小正比 于位移量。
电磁传感器
如下关系:
e W d dt
(1-2)
根据以上原理,人们设计出两种磁电式传感器结构:变磁 通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式, 图1-1是变磁通式磁
电传感器,用来测量旋转物体的角速度。
4
4
3
2
1
3
1 A 6
N
S A 7 5 6 5
(a )
(b )
图1-1(a)为开磁路变磁通式:线圈、磁铁静止不动,测量齿
B o lW R Rf
(1-5)
10
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
U o IoR f B o lWvR R Rf
f f
(1-6)
SU
Uo v
B o lWR R Rf
(1-7)
当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械
振动或冲击时,其灵敏度将发生变化,从而产生测量误差,其 相对误差为
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与测量齿轮上齿数的 乘积。这种传感器结构简单,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。
5
图1-1(b)为闭磁路变磁通式传感器,它由装在转轴上的内齿 轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成,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
v——相对运动速度。
9
1.1.2 磁电感应式传感器基本特性 当测量电路接入磁电传感器电路时,如图1-3所示,磁电传 感器的输出电流Io为
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
6.1.4 磁电感应式传感器的应用
4.单灯型道口报警装置 列车接近道口时,列车车轮对掠过道口两
侧磁电式传感器(也称探头),传感器感应信 号经微处理器处理后通过无线传输开启道口两 侧警示灯及语音系统,自动声光报警(小心火 车,注意安全),提醒过往车辆及行人。
6.1 磁电感应式传感器
机电工程系
引言
1820年,奥斯特发现了电流的磁效应,由 于笃信自然力的统一,伟大的物理学家法拉第 提出了“磁能否产生电”的想法,经过无数次 试验,终于于1831年首次发现了电磁感应现象。
一百多年来,电磁感应现象的应用层出不 穷,比如:发电机、变压器、话筒等。在传感 器中,也有一类是应用了电磁感应原理的传感 器——磁电感应式传感器。
磁电式传感器具有较大的输出功率,故配用电 路较简单,并且性能稳定,工作带宽一般为10~ 1000Hz,所以得到普遍应用。
6.1.1 基本原理
电磁感应定律 无论任何原因使通过闭合回路面积的磁通
量发生变化,都会建立起感应电动势,产生的 感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。
根据电磁感应定律,当N匝线圈在恒定磁场 内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内 的感应电动势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关
6.1.3 测量电路
磁电式传感器直接输出感应电动势,且通 常具有较高的灵敏度,所以一般不需要高增益 放大器。但磁电式传感器是速度传感器,若要 获取加速度或位移信号,则需配用微分或积分 电路。测量电路的框图如下:
6.1.4 磁电感应式传感器的应用
1. 动圈式振动速度传感器 传感器测量的参数是振动速度, 若在测量电
速度及加速度检测—磁电式速度传感器
自动检测技术
2)温度误差 当温度变化时,式(5-7)中右边三项都不为零,
对铜线而言每摄氏度变
化量为dL/L≈0.157×10-4,
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(5-7)可得近似值:
这一数值是很可观的,所以需要进行温度补偿。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。
自动检测技术
磁电式传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应 原理。当匝数为N的线圈在磁场中运动而切割磁力 线,或通过闭合线圈的磁通量ф发生变化时,线 圈中将产生感应电势e
e N d
dt
磁电式传感器的分类
按工作原理不同,磁电感应式传感器可分为恒定磁通式 和变磁通式,即动圈式传感器和磁阻式传感器。
变磁通 式
三、 磁电感应式传感器测量电路
自动检测技术
图5-4 磁电感应式传感器测量电路方框图 磁电式传感器直接输出感应电动势,且传感器通常具有
较高的灵敏度,不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速 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。图5-4为一般测量电路方框图。
自动检测技术Leabharlann 产生磁场的永久磁铁和线圈都固定
不动,通过磁通Φ的变化产生感应 电动势e。常用于角速度的测量。
恒磁通 式
工作气隙中的磁通保持不变,线圈 相对永久磁铁运动,并切割磁力线 而产生感应电势。
自动检测技术
动圈式磁电感应式传感器可以分为线速度型 和角速度型
自动检测技术
磁电式转速传感器根据磁路的不同,分成开磁路 式和闭磁路式两种。
磁电型传感器与测量电路.
图8-4 磁电传感器的灵敏度特性
8.1.3 磁电感应式传感器的测量电路 磁电感应式传感器可直接输出感应电势,而且具有较高 的灵敏度,对测量电路无特殊要求。用于测量振动速度时, 能量全被弹簧吸收,磁铁与线圈之间相对运动速度接近于振 动速度,磁路间隙中的线圈切割磁力线时,产生正比于振动 速度的感应电动势,直接输出速度信号。如果要进一步获得 振动位移和振动加速度,可分别接入积分电路和微分电路, 将速度信号转换成与位移和加速度有关的电信号输出。
8.2 霍尔传感器及应用
霍尔传感器是目前国内外应用最为广泛的一种磁敏传感 器,它利用磁场作为媒介,可以检测很多的物理量,如微位 移、加速度、转速、流量、角度等,也可用于制作高斯计、 电流表、功率计、乘法器、接近开关和无刷直流电机等。它 可以实现非接触测量,而且在很多情况下,可采用永久磁铁 来产生磁场,不需附加能源。因此,这种传感器广泛应用于 自动控制、电磁检测等各个领域中。 霍尔传感器有霍尔元件和霍尔集成电路两种类型。目前, 霍尔传感器已从分立型结构发展到集成电路阶段。霍尔集成 电路是把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等做 在一个芯片上的集成电路型结构。与前者相比,霍尔集成电 路更具有微型化、可靠性高、寿命长、功耗低以及负载能力 强等优点,正越来越受到人们的重视,应用日益广泛。
图8-6a 积分电路
2.微分电路 已知加速度和速度、时间关系为
dv a dt
同样设传感器输出电压为 微分放大器输入电压: Ui=e=sv,通过微分电路(如图 8-6b所示)输出电压为
dU i (t ) U o (t ) Ri RC dt
上式结果表示微分电路的 输出电压Uo正比于输入信号Ui 对时间的微分值,即正比于加 速度a。
(
5.1磁电感应式传感器
第5章磁电式传感器磁电式传感器通过磁电作用将被测量转换成电信号。
可分为磁电感应式传感器和霍尔式传感器。
5.1磁电感应式传感器磁电感应式传感器又叫电动式传感器或感应式传感器。
它利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移和转速等)转换成电信号。
它是有源传感器,不需要辅助电源就能将被测机械量转换成易于测量的电量。
它输出功率大,性能稳定,有一定的工作带宽(10~1000Hz ),故应用比较广。
5.1.1 工作原理和结构类型由电磁感应定律,W 匝是线圈在恒定磁场中运动,线圈两端感应电动势为d de Wdt dtϕΦ=-=- (5.1.1) 其中/d dt Φ是磁通量变化率。
若线圈相对于磁场的运动速度和角速度分别为v 和ω时,则e WBlv =- (5.1.2) e WBS ω=- (5.1.3)其中l 为每匝线圈的平均长度,B 为磁感应强度,S 为每匝线圈的平均截面积。
由(5.1.2)和(5.1.3)式可以看出,当结构参数,,,B L W S 确定后,那么感应电动势就只是,v ω的函数,且成正比,故可用来测振动和转速。
根据结构的不同,磁电感应式传感器可分为变磁通式和恒磁通式两种类型。
图5.1.1 变磁通式磁电感应式传感器的结构和工作原理变磁通式又叫变磁阻式,可分为开磁路和闭磁路两种。
开磁路变磁通式结构如图5.1.1(a )所示。
线圈3和磁铁5静止不动,2(由导磁材料制成)安装在被测旋转物理上,随被测物体1一起转动。
当齿轮转动时,每转过一个齿,传感器磁路的磁阻就变化一次,磁通也变化一次,3中的感应电动势也变化一次。
因此3中感应电动势的变化频率等于2上的齿数和转速的乘积。
闭磁路变磁通式结构如图5.1.1(b )所示。
被测转轴1带动椭圆形铁芯2在磁场气隙中作周期性转动,使气隙平均长度发生周期性变化,磁路的磁阻也发生周期性变化,磁通发生变化,故线圈3中感应电动势的频率正比于2的转速。
恒定磁通式又可分为动圈式和动铁式两种。
磁电式传感器
洛伦兹力FB为
FB evB
v —半导体电子运动的速度;
e —电子的电荷量。
霍尔电场产生的电场力FH为
FH
eE H
eU H w
电流密度 j n,env 是单位体积中的载流子数。则流经 载流体的电流
I jwd nevwd
将电子速度 v 代I 入式(7-20), 则霍IB ned
由上可见:当传感器的结构确定后,B.S、W、 均l为定值,
因此,感应电势e与相对速度 (或 v)成正比。
根据上述基本原理,磁电式传感器可分为两种基本 类型 : 变磁通式;恒定磁通式。
1. 变磁通式
永久磁铁与线圈均不动, 感应电势是由变化的磁通产生的。 如图7-1所示的转速传感器。
●结构特点:
永久磁铁、线圈和外壳均固定不 动,齿轮安装在被测旋转体轴上。当 齿轮转动时,齿轮与软铁磁轭之间的 气隙距离随之变化,从而导致气隙磁 阻和穿过气隙的主磁通发生变化。
一、工作原理:
根据电磁感应定律, 线圈两端的感应电势e正比于 匝链线圈的磁通的变化率, 即
e W d
dt
Φ—匝链线圈的磁通;W—线圈匝数。
★若线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线 时, 则线圈两端产生的感应电势e为
e WBl dx sin WBlvsin
dt
B—磁场的磁感应强度;x—线圈与磁场相对运动的位移; v—线圈与磁场相对 运动的速度;θ—线圈运动方向与磁场方向之间的夹角; W—线圈的有效匝 数; l—每匝线圈的平均长度。
霍尔转速表的其他安装方法 霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突 起, 就可产生磁场强度的脉动, 从而引起霍 尔电势的变化, 产生转速信号。
霍尔式无触点汽车电子点火装置
- 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)。
2、霍尔元件的工作原理
FL eB
e U H eB
b
FE
eEH
eUH b
U H bB
I dQ bdn e
dt
UH
IB ned
UH
IB ped
3、霍尔系数及灵敏度
N型霍尔系数
RH
1 ne
P型霍尔系数
RH
1 pe
IB U H RH d
霍尔系数由半导体材料性质决定,且决定霍尔电势的强弱。
7、寄生直流电势 :在外加磁场为零、霍尔元件用交 流激励时,霍尔电极输出除了交流不平衡电势外,还 有一直流电势,称为寄生直流电势。
其产生的原因有: ① 激励电极与霍尔电极接触不良, 形成非欧姆接 触, 造成整流效果; ② 两个霍尔电极大小不对称,则两个电极点的热 容不同, 散热状态不同而形成极间温差电势。 寄生直流电势一般在1mV以下,它是影响霍尔片 温漂的原因之一。
v
N
N
壳体
壳体
线 圈线 圈
永 久 永磁 久铁
S
S
弹 簧弹 簧
(a)
恒定磁通动圈(a)式磁电传感器
(b)
恒定磁通动铁(b式) 磁电传感器
二、 磁电感应式传感器基本特性
Io 传
E
Io
E R Rf
BolNv R Rf
感 器R
Rf
式中: Rf——测量电路输入电阻; R——线圈等效电阻。
传感器的电流灵敏度为
霍尔器件符号
C A
D
B
C
C
A
BA
B
H
D
D
二、霍尔元件的主要技术参数
1、额定功耗P0: 霍尔元件在环境温度T=250C时,允许 通过霍尔元件的电流和电压的乘积。 2、 输入电阻和输出电阻
Ri:激励电极间的电阻值。 Ro:霍尔元件电极间的电阻。 3、不等位电势U0:在额定控制电流I下,不加磁场时, 霍尔电极间的空载霍尔电势。
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀; ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。
4、霍尔电势温度系数:在一定磁感应强度和激励电流 下,温度每变化1℃时,霍尔电势变化的百分率称为霍 尔电势温度系数。
5、内阻温度系数:霍尔元件在无磁场及工作温度范围 内,温度每变化1℃时,输入电阻与输出电阻变化的百 分率。
下,由负载上获得电
压。
实际使用时,器件输入信号可以是I或B,或者IB,而输出 可以正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。
2、霍尔电势输出电路
(1) 开关应用
+15V
R1
H
+
R2
-
R3 R4
-15V
1 VCC 稳压
霍耳元件
放大
整形
输出 3
H
+
BT
-
地
2
霍尔开关集成传感器内部结构框图
(2)线性应用
霍尔元件灵敏度(KH):单位磁感应强度和单位控制 电流作用时,所能输出的霍尔电势的大小。
设 KH=RH / d
UH= KH I B
讨论:为什么只能用半导体材料作霍尔元件。
N型材料电阻率 1 ne
P型材料电阻率
1
pe
UH
IB d
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率μ 的乘积。 若要霍尔效应强,则希望有较大的霍尔系数 RH,因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁 移率。 一般金属材料载流子迁移率很高,但电阻率很 小;而绝缘材料电阻率极高,但载流子迁移率极低, 故只有半导体材料才适于制造霍尔片。
6、 额定激励电流和最大允许激励电流:当霍尔元件 自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。 以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最 大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而线性 增加,所以使用中希望选用尽可能大的激励电流,因 而需要知道元件的最大允许激励电流。改善霍尔元件 的散热条件,可以使激励电流增加。
r1 A
r3
C
r2
r4
D
B
RP
RP
RP
RP
R RP
(b)
(a) (d()c)
R (d
前置放大 积分电路
SW
显示 主放大器 或
记录
四、磁电感应式传感器的应用 动圈式振动速度传感器
8 76 5 4 3
3
1、芯轴
2、外壳
2
3、弹簧片 4、铝支架
5、永久磁铁
6、线圈
7、阻尼环
Байду номын сангаас
1 8、引线
第二节 霍尔传感器
一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理
1、霍尔效应
在半导体薄片中通以电流I,在与薄片垂直方向加磁 场B,则在半导体薄片的另外两端,产生一个大小与控制 电流I和B乘积成正比的电动势,这种现象称为霍尔效应。
+15V
Rf
R1
H
+
R2 -
R3 R4
-15V
1 VCC 稳压
霍耳元件
放大
H
+
-
集成线性传感器的电路结构框图
输出 3
地 2
四、霍尔元件的测量误差补偿方法 1、零位误差及补偿方法
零位误差:霍尔元件在加控制电流但不加外磁场 时出现的霍尔电势。主要为不等位电势。
A
I
C
D
B
分析不等位电势时,可以把霍尔元件等效为一个电桥, 用分析电桥平衡来补偿不等位电势。
第八章 磁电式传感器
第一节 磁电感应式传感器 第二节 霍尔传感器 第三节 磁敏传感器
第一节 磁电感应式传感器
一、 磁电感应式传感器工作原理
导体在稳恒均匀磁场中运动 e d Bl dx Blv
dt
dt
式中: B——稳恒均匀磁场的磁感应强度; l—— v——导体相对磁场的运动速度。
N匝线圈处于变化的磁场中 e N d
SI
Io v
BolN R Rf
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
Uo
IoRf
BolWv Rf R Rf
SU
Uo v
BolWR f R Rf
相对误差为
dSI dB dl dR
SI B l R
三、磁电感应式传感器的测量电路
微分电路
磁电式 传感器
量程选择
dt
两种磁电式传感器结构:变磁通式和恒磁通式。
NS
开磁路变磁通式:这种传感器结构简单,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。
A A 闭磁路变磁通式:感应电势的频率与被测转速成正比。
弹簧
簧
v 极掌 线圈
v 极掌 线圈
磁轭 磁轭
补 偿 线 圈补 偿 线 圈
N
N
S
S
v
常 用 国 产 霍 尔 元 件 的 技 术 参 数
三、霍尔元件测量电路和输出电路
1、基本测量电路
IH
I
B
RL
R E
图中控制电流I由电源E
供给,R为调节电阻,保
证器件内所需控制电
流I。霍尔输出端接负
载 UH 或
RL,RL可是一般电阻 放大器的输入电阻、
或表头内阻等。磁场B
垂直通过霍尔器件,在
磁场与控制电流作用