磁敏式传感器

测量误差
? 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
SI
?
I v
?
NB0 L R ? Rf
? ? dSI ? dB ? dl ? dR
（2）电压输出特性 ①传感器的输出电压为：
U0
?
I0Rf
?
NB0 LvR f R ? Rf
②传感器的电压灵敏度为：
SU
? U0 ? NB0LR f v R ? Rf
B值大，灵敏度也大，因此要选用 B值大的永磁材料；
三、磁电感应式传感器的特性
SU
? U0 ? NB0LR f v R ? Rf
SI
?
I v
2．变磁通式磁电传感器
? 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 。
43 2
1
NS
a开磁通式
b 闭磁通式
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
43 2
1
NS
Z fn ?
60
图a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。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。
开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外 当被测轴振动比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强 的场合往往采用闭磁路式转速传感器。
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图b为闭磁路变磁通式, 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。显然，感应电势的频率与被测转速成正比 。
?
NB0 L R ? Rf
线圈的平均长度大也有助于提高灵敏度，但这是有条 件的，要考虑两种情况： 线圈电阻与指示器电阻匹配问题
因传感器相当于一个电压源，为使指示器从传感器获 得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。 线圈的发热问题
传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有 电流流过而发热。
第7章 磁敏式传感器
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
? 磁电感应式传感器有时又简称为磁电传感器，是利用电磁 感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信 号的一种传感器。
? 它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测 量的电信号，是有源传感器。
? 由于它输出功率大且性能稳定，具有一定的工作带宽 （10～1000Hz），适用于转速，振动，位移及扭矩等测量， 所以得到普遍应用。
E ? ?N d?
dt
一、工作原理
法拉第电磁感应定律：
e ? ? N d? dt
d?
Φ磁通量
磁铁与线圈之间作相对运动 磁路中的磁阻变化
dt 变化关键 恒定磁场中的线圈面积变化
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磁电式传感器
注意与电感式传感器区别
磁电式传感器： 利用 d? dt ，测量量变化→
感应电压 e
电感式传感器： 利用衔铁运动， Rm变化→L 或M 变化→U 变化
一、磁电感应式传感器工作原理
1．电磁感应定律 ? 根据电磁感应定律：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 化率成正比。
? 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(V)的大小取决于穿过线
圈的磁通 ? ?Wb? 的变化率，即
三、磁电感应式传感器的特性
1．磁电式传感器的基本特性
（1）电流输出特性 ①磁电传感器的输出电流Io为：
I0 ?
E R ? Rf
?
NB0 L?
R ? Rf
式中： Rf——测量电路输入电阻；
R——线圈等效电阻。
I0
②传感器的电流灵敏度为：
SI
?
I v
?
NB0 L R ? Rf
传E
感
器R
指示器
Rf
三、磁电感应式传感器的特性
v
弹簧片 壳体
弹簧
壳体
永磁体 S极
永磁体 N极
线圈
N 永磁体
S 线圈
（a）动圈式
（b）动铁式
（a）动圈式；
（b）动铁式
恒磁通式磁电传感器结构
当壳体随被测振动体一起振动时, 由于弹簧较软, 运 动部件质量相对较大。当振动频率足够高（远大于传感器 固有频率）时, 运动部件惯性很大, 来不及随振动体一起 振动, 近乎静止不动, 振动能量几乎全被弹簧吸收, 永久 磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度 , 磁铁与线圈的相对运动切割磁力线, 从而产生感应电势为
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一、磁电感应式传感器工作原理
2．电磁感应定律的应用 （1）线圈在恒定磁场中作直线运动
? ? BS S ? Lx
d? ? BLdx dt dt
? 线圈两端的感应电动势e为：
E ? ? NBL? sin?
? 当θ＝90°时，上式可写成：
E ? ? NBL?
（2）线圈在恒定磁场中作旋转运动
二、磁电感应式传感器的结构
恒 动圈式
磁 电
磁 通 动铁式
感
应 式 变 开磁路
磁 通 闭磁路
线速度型 角速度型
二、磁电感应式传感器的结构
1，而线圈中的感应电动势是由
于工作气隙中的线圈与磁铁之间作相对运动，线圈切割磁力 线产生的。其值与相对运动速度成正比。
E ? ? NB0 Lv
式中:
B0 ——工作气隙磁感应强度; L ——每匝线圈平均长度; N ——线圈在工作气隙磁场中的匝数; v ——相对运动速度。
感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或角速度正比
线速度型应用实例
工业测振动 microphone
角速度型应用实例
测速电机
二、磁电感应式传感器的结构
? 线圈两端的感应电动势为： E ? ? NBS ? sin?
? 当γ＝90°时，上式可写成： E ? ? NBS?
ω—旋转运动角速度；S—线圈的截面积； γ—线圈平面的法线方向与磁场方向间的夹角。
? 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。