第五章电动势传感器装置
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用来测量角速度，线圈中产生感应电动势的频率作为输 出，而感应电动势的频率取决于磁通变化的频率。
结构：闭磁路、开磁路。
第5章 电动势传感器
（1）闭磁路变磁通式传感器
内齿轮装在转轴上，外齿轮、永久磁铁和感应线圈固定, 内外齿轮齿数相同。
当转轴连接到被测转轴上时，内齿轮随被测轴转动，外 齿轮不动, 内外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期变化, 引 起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期变化的感应电动势。 显然，感应电势的频率与被测转速成正比。
壳体
磁轭 补偿 线圈 N
S
N
线圈
永久 磁铁
S
弹簧
(a )
(b )
第5章 电动势传感器 动圈式和动铁式的工作原理完全相同。 当壳体随被测振动体一起振动时, 由于弹簧较软, 运动部件（线圈或者磁铁） 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, 几乎静止不动, 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e=-NBlv
ｅ=－Ndφ/dt
第5章 电动势传感器
当线圈垂直于磁场方向运动以速度 v切割磁力线时，感 应电动势为：
ｅ=－NBlv
式中l代表每匝线圈的平均长度； B为线圈所在磁场的 磁感应强度。
若线圈以角速度ω转动， S为每匝线圈的平均截面积， 则上式可写成：
ｅ=－NBSω
第5章 电动势传感器
不同类型的磁电感应式传感器
U0 I0Rf
B0lNvRf RRf
SU
U0 B0lNRf v RRf
第5章 电动势传感器
2. 静态误差 当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、 机
械振动或冲击时, 其灵敏度将发生变化而产生测量误差。 根 据误差产生的原因，又分为非线性误差和温度误差。
（1）
磁电感应式传感器产生非线性误差的主要原因: 由于传感 器线圈内有电流I0流过时, 将产生一定的交变磁通ΦI, 此交变磁 通叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上, 使恒定的气隙磁通变 化如附图所示。当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速 度增大时, 将产生较大的感生电势e和较大的电流I0, 由此产生 的附加磁场方向与原工作磁场方向相反, 减弱了工作磁场的作 用, 从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。
第5章 电动势传感器
5.1.1 磁电感应式传感器工作原理
根据法拉第电磁感应定律,当运动导体在磁场中切割磁 力线时，闭合导体回路中的磁通量φ发生变化，在导体中产
生感应电动势ｅ，当导体形成闭合回路就会出现感应电流。 导体中感应电动势ｅ的大小与回路所包围的磁通量的变化
率成正比，那么N匝线圈在变化磁场中感应电动势为：
43
2
1
NS
第5章 电动势传感器
2 恒定磁通式
恒定磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧、金属
骨架和壳体等组成。磁路系统产生恒定的直流磁场, 磁路中的
工作气隙固定不变, 因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动
部件可以是线圈或者磁铁，因此又分为动圈式（a）和动铁式
(b)两种结构类型。
v
弹簧 v 极掌 线圈
1. 主要技术指标
（1）输出电流
当测量电路接入磁电传感器电路中, 磁电传感器的输出电
流Io为
I0
e RRf
B0lNv RRf
式中: Rf——测量电路输入电阻; R—— 线圈等效电阻。
Io
传 E
感
Rf
器R
第5章 电动势传感器
（2）传感器的电流灵敏度为
Si
I0 v
B0lN R Rf
（3）传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
闭合线圈磁通量Ф变化的实现办法： 磁路中磁阻的变化； 恒定磁场中磁铁与线圈之间做相对运动； 恒定磁场中线圈等效面积的变化。
直接应用：测定速度 在信号调节电路中接积分电路，或微分电路， 磁电式传感器就可以用来测量位移或加速度。
第5章 电动势传感器
5.1.2 磁电感应式传感器类型 根据磁场方式, 可以设计成两种磁电传感器结构: 变磁通 式和恒磁通式。 1 变磁通式（也称变磁阻式） 线圈和磁铁部分都是固定的；与被测物体连接并运动的 部分由导磁材料制成，在运动中，它们改变磁路的磁阻，因 而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。
优点：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, ，输出阻抗小，灵敏度较高，一般不需要高增益放大 器，而且具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以得到普 遍应用。 缺点：传感器的尺寸和重量都较大。 应用：适用于振动、转速、位移、扭矩等测量。
第5章 电动势传感器
第5章 电动势传感器
电动势传感器是通过磁电效应或压电效应将被测量（振 动、位移、转速等）转换成电信号（感应电动势）的一类传 感器。
5.1 5.2霍尔式传感器 5.3 压电式传感器
第5章 电动势传感器
5.1
磁电感应式传感器又称感应式传感器或电动式传感器。它利 用电磁感应原理将被测量转换成感应电动势，是一种机－电 能量变换型传感器。
第5章 电动势传感器
（2）开磁路变磁通式传感器
同样，线圈磁铁固定不动, 测量齿轮（导磁材料）安装 在被测旋转体上, 随之一起转动。每转动一个齿, 它与软铁之 间构成的磁路磁阻变化一次, 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。
相对测量原理：当被测体的振动频度ω比传感器 固有频率ω0大很多时（ω≥ω0），磁铁与线圈之 间的相对运动速度接近于振动体的振动速度，可 以用相对运动代替绝对运动。其中：
0 k1/m
k1为 弹 簧 弹 性 系 数 ;m为 质 量 块 的 质 量
第5章 电动势传感器
5.1.3 磁电感应式传感器特性分析
动铁式
动圈式
第5章 电动势传感器
e=-NBlv 式中: B ——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。
原理：壳体随被测物体振动；
软弹簧吸收能量； 动圈或动铁对地保持静止,与壳体 的相对速度近于振动速度； 线圈切割磁力线。
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第5章 电动势传感器
结构：闭磁路、开磁路。
第5章 电动势传感器
（1）闭磁路变磁通式传感器
内齿轮装在转轴上，外齿轮、永久磁铁和感应线圈固定, 内外齿轮齿数相同。
当转轴连接到被测转轴上时，内齿轮随被测轴转动，外 齿轮不动, 内外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期变化, 引 起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期变化的感应电动势。 显然，感应电势的频率与被测转速成正比。
壳体
磁轭 补偿 线圈 N
S
N
线圈
永久 磁铁
S
弹簧
(a )
(b )
第5章 电动势传感器 动圈式和动铁式的工作原理完全相同。 当壳体随被测振动体一起振动时, 由于弹簧较软, 运动部件（线圈或者磁铁） 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, 几乎静止不动, 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e=-NBlv
ｅ=－Ndφ/dt
第5章 电动势传感器
当线圈垂直于磁场方向运动以速度 v切割磁力线时，感 应电动势为：
ｅ=－NBlv
式中l代表每匝线圈的平均长度； B为线圈所在磁场的 磁感应强度。
若线圈以角速度ω转动， S为每匝线圈的平均截面积， 则上式可写成：
ｅ=－NBSω
第5章 电动势传感器
不同类型的磁电感应式传感器
U0 I0Rf
B0lNvRf RRf
SU
U0 B0lNRf v RRf
第5章 电动势传感器
2. 静态误差 当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、 机
械振动或冲击时, 其灵敏度将发生变化而产生测量误差。 根 据误差产生的原因，又分为非线性误差和温度误差。
（1）
磁电感应式传感器产生非线性误差的主要原因: 由于传感 器线圈内有电流I0流过时, 将产生一定的交变磁通ΦI, 此交变磁 通叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上, 使恒定的气隙磁通变 化如附图所示。当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速 度增大时, 将产生较大的感生电势e和较大的电流I0, 由此产生 的附加磁场方向与原工作磁场方向相反, 减弱了工作磁场的作 用, 从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。
第5章 电动势传感器
5.1.1 磁电感应式传感器工作原理
根据法拉第电磁感应定律,当运动导体在磁场中切割磁 力线时，闭合导体回路中的磁通量φ发生变化，在导体中产
生感应电动势ｅ，当导体形成闭合回路就会出现感应电流。 导体中感应电动势ｅ的大小与回路所包围的磁通量的变化
率成正比，那么N匝线圈在变化磁场中感应电动势为：
43
2
1
NS
第5章 电动势传感器
2 恒定磁通式
恒定磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧、金属
骨架和壳体等组成。磁路系统产生恒定的直流磁场, 磁路中的
工作气隙固定不变, 因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动
部件可以是线圈或者磁铁，因此又分为动圈式（a）和动铁式
(b)两种结构类型。
v
弹簧 v 极掌 线圈
1. 主要技术指标
（1）输出电流
当测量电路接入磁电传感器电路中, 磁电传感器的输出电
流Io为
I0
e RRf
B0lNv RRf
式中: Rf——测量电路输入电阻; R—— 线圈等效电阻。
Io
传 E
感
Rf
器R
第5章 电动势传感器
（2）传感器的电流灵敏度为
Si
I0 v
B0lN R Rf
（3）传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
闭合线圈磁通量Ф变化的实现办法： 磁路中磁阻的变化； 恒定磁场中磁铁与线圈之间做相对运动； 恒定磁场中线圈等效面积的变化。
直接应用：测定速度 在信号调节电路中接积分电路，或微分电路， 磁电式传感器就可以用来测量位移或加速度。
第5章 电动势传感器
5.1.2 磁电感应式传感器类型 根据磁场方式, 可以设计成两种磁电传感器结构: 变磁通 式和恒磁通式。 1 变磁通式（也称变磁阻式） 线圈和磁铁部分都是固定的；与被测物体连接并运动的 部分由导磁材料制成，在运动中，它们改变磁路的磁阻，因 而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。
优点：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, ，输出阻抗小，灵敏度较高，一般不需要高增益放大 器，而且具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以得到普 遍应用。 缺点：传感器的尺寸和重量都较大。 应用：适用于振动、转速、位移、扭矩等测量。
第5章 电动势传感器
第5章 电动势传感器
电动势传感器是通过磁电效应或压电效应将被测量（振 动、位移、转速等）转换成电信号（感应电动势）的一类传 感器。
5.1 5.2霍尔式传感器 5.3 压电式传感器
第5章 电动势传感器
5.1
磁电感应式传感器又称感应式传感器或电动式传感器。它利 用电磁感应原理将被测量转换成感应电动势，是一种机－电 能量变换型传感器。
第5章 电动势传感器
（2）开磁路变磁通式传感器
同样，线圈磁铁固定不动, 测量齿轮（导磁材料）安装 在被测旋转体上, 随之一起转动。每转动一个齿, 它与软铁之 间构成的磁路磁阻变化一次, 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。
相对测量原理：当被测体的振动频度ω比传感器 固有频率ω0大很多时（ω≥ω0），磁铁与线圈之 间的相对运动速度接近于振动体的振动速度，可 以用相对运动代替绝对运动。其中：
0 k1/m
k1为 弹 簧 弹 性 系 数 ;m为 质 量 块 的 质 量
第5章 电动势传感器
5.1.3 磁电感应式传感器特性分析
动铁式
动圈式
第5章 电动势传感器
e=-NBlv 式中: B ——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。
原理：壳体随被测物体振动；
软弹簧吸收能量； 动圈或动铁对地保持静止,与壳体 的相对速度近于振动速度； 线圈切割磁力线。
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