第6章磁电式传感器

第六章、磁电式传感器

第一节、磁电式传感器的工作原理

1）、磁电式传感器由于具有结构简单、工作稳定、输出电压灵敏度高等优点； 2）、磁电式传感器在转速测量、振动、速度测量中得到了广泛的应用。 3）、磁电式传感器的基本工作原理：

电磁感应原理；

法拉第电磁感应定律:无论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率的负值成正比。

具有N 圈的线圈感应电动势e 为：

dt d N

e Φ

-= （6-1）

式中：φ为线圈的磁通，常用单位为Wb ； N 为线圈匝数。 4）、当线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线时则：

线圈两端的感应电动势e 为 ：

θ

θsin sin NBlv dt

dx

NBl e == （6-2）

式中：B ：为磁场的磁感应强度，常用单位为T ；

x ：为线圈与磁场相对运动的位移； v ：为线圈与磁场相对运动的速度；

θ：为线圈运动方向与磁场方向的夹角； N ：为线圈的有效匣数；

l ：为每匣线圈的平均长度。

当θ=90时；式(6-2)可写成 ：e = N B l v （6-3）

；

5）、若线圈相对磁场作旋转运动切割磁力线时；

则线圈两端的感应电动势e 为 ：

θ

θθ

sin sin NBA dt

d NBa

e == （6-4）

式中：ω：为旋转运动角速度；

A ：为线圈的截面权；

θ：为线圈平面的法线方向与磁场方向间的夹角。

Φ

-

+

u

e

i

v

B

l

e

θ

ω

θsin BlvN e =θ

ωsin BA e =

当θ=90时，式(6-4)可写成 ：

e = N B A ω (6-5)

当N 、B 、A 、l 为定值时，感应电动势e 与线圈和磁场的相对运动速度v (或ω)成正比。 由于速度和位移、加速度之间是积分、微分的关系，因此只要适当加入积分、微分电路，便能通过测量感应电动势得到位移和加速度。

第二节、磁电式传感器的结构与应用

如前所述，可以用改变磁通方法或用线圈切割磁力线方法产生感应电动势；所以磁电式传感器可以分为：变磁通式、恒磁通式两种类型。

一、变磁通式磁电传感器

1）、在这类磁电式传感器中，产生磁场的永久磁铁和线圈都固定不动，而是通过磁通的变化产生感应电动势。 2）、磁电式转速传感器：

①、磁电式转速传感器的结构；见图6-1。

1传感齿轮、2感应线圈、3软铁板靴、 4永久磁铁

图6-1、永磁型磁电式转速传感器的基本结构

磁电式转速传感器主要由两部分组成。

第一部分是：固定部分，包括磁铁、感应线圈、用软铁制成的极靴(又称极掌)。

第二部分是：可动部分，主要是传感齿轮，它由铁磁材料制成，安装在被测轴上，随轴

转动。

②、磁电式转速传感器的工作原理：

当被测轴以一定的角速度旋转时，带动传感齿轮一起转动。齿轮的齿顶和齿谷交替经过

极靴。由于极靴与齿轮之间的气隙交替变化，引起磁场中磁路磁阻的改变，使得通过线圈的磁通也交替变化，从而导致线圈两端产生感应电动势。

传感齿轮每转过一个齿，感应电动势对应经历一个周期T 。 若齿轮齿数为z ，转速为n(r/min) 。

则有：)()

(60)min (1r zn s r zn T == (6-6)

式中：T 为感应电动势周期，单位为s ；

式(6-6)表示：传感齿轮每转过一个齿，对应所用时间。即传感齿轮每转过一个齿对应经

历一个周期T 。

或

60zn f =

(6-7)

f 为感应电动势频率，单位为Hz 。

式(6-7)表明：传感器输出电动势的频率与被测转速成正比。

只要将该电动势放大整形成矩形披信号，送到计数器或频率计中，即可由频率测出转速。 ③、根据形成磁场的方式，磁电式转速传感器可以分为永磁型、励磁型两种结构类型。 在图6-1中，传感器的磁场是由永久磁铁产生的，属于永磁型。

励磁型磁电式转速传感器的磁场是由电磁铁产生的，与永磁型相比多了一组励磁线圈，

工作时需外加励磁电源。

④、根据极靴的结构形式，又可分为单极型、双极型、齿型三种结构类型。 图6-1中，传感器的极靴只有一个极，结构很简单，属于单极型。

双极型的传感器有两个极靴，分别代表N 极和S 极，与传感齿轮上的两个对应齿形成气隙。齿型传感器的极靴被制成其齿数与传感齿轮齿数相等的齿座，齿座与齿轮以极小的工作间隙

相对安装于同一轴线上。齿座的齿轮与传感齿轮分别代表磁场的两极。

采用双极型或齿型的极靴能大大提高传感器的电动势灵敏度。 ⑤、根据磁路形式，可分为开磁路式和闭磁路式。 ⑥、根据安装形式，又可分为分离式和整体式。 下面介绍几种常用的磁电式转速传感器。 ⑴、国产SZMB-3型磁电式转速传感器：

①、图6-2

6-2

图6-2、SZMB-3型磁电式转速传感器外形图

②、使用时，该传感器通过联轴节与被测轴连接，当转轴旋转时将角位移转换成电脉冲信

号，供二次仪表使用。

③、该传感器每转输出60个脉冲，输出信号幅值大于或等于300mV (50r/min 时) ， ④、测速范围为50～5000r/min 。 ⑵、SZMB-5型磁电式转速传感器

①、SZMB-5型磁电式转速传感器的外形图。图6-3

图6-3、SZMB-5型磁电式转速传感器外形图

②、该传感器输出信号的披形为近似正弦波，输出信号幅值大于或等于300mV (50r/min 时, 幅值与SZMB-3型相同)。

③、工作时，信号幅值大小与转速成正比，与铁心和齿顶间隙的大小成反比。