(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。

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N 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

N

S 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。

本实验的开磁路变磁通式磁电转速传感器输出特性由电磁式传感器工作原理可知，感应电势的频率f 与被测转速n 成正比，采用测频的方法可以得到被测物体的频率f ，在齿数确定的情况下，传感器线圈输出感应电势的频率f 正比于齿轮的转速n ，其关系为

f = n · z

式中，n为测量齿轮转速，r/ s；z为齿轮被等分的齿数；f为磁电式传感器的输出信号频率，Hz 。

磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。

磁电式转速传感器的特点

磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作。磁电式转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及表面有缝隙的转动体都可测量。

磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。

二．实验测量

实验台上的磁电式转速传感器的探头固定在转轴的一侧，测量齿轮安装在转轴上，能与转轴一起转动，探头与齿轮有一个微小的间隙，如图3所示。测量齿轮的齿是梯形的，一共有16个齿；传感器探头的引出线接入实验台模块通道中，内部有信号处理模块。信号处理后可以在计算机上显示，能直接观察转轴的转动信息。

图3 磁电式转速传感器安装示意图

启动实验台，让转轴转动，观察计算机上的转速监控系统，改变不同的转速，记录观察结果，如图3、图4。

图3 转速1000 r/min时的测量界面图4 转速2000 r/min时的测量界面

从图3和图4可以看到，磁电式转速传感器的输出是电压脉冲信号，波形的横轴是时间，纵轴是电压幅值，下方显示电压脉冲信号的频率，以及测量齿轮的转速，即要测量的转轴的转速。频率与转速的对应关系是

其中，f是频率，Hz，n是转速，r/s。

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