速度传感器及工程应用.

(b) 闭磁路
5 —— 永久磁铁
图8-2 变磁通式磁电转速传感器的结构
第8章 速度传感器及工程应用
1. 测速原理
测转速时，把它固定在支架上，测量齿轮安装在被测转
轴上，随转轴一起转动。显然，齿轮每转过一个齿，它的磁 阻就变化一次，磁通也就变化一次。根据法拉第电磁感应定
律可知，线圈中产生的感应电动势e大小也变化一次。其变化
(8-1)
式中，W为线圈处于工作气隙磁场中的匝数，称为工作匝数；
Φ为穿过线圈的磁通量；B为工作气隙内的磁感应强度；l为
每匝线圈的平均长度。 由式(8-1)可知，当传感器的结构参数确定后，则W、B、l
均为定值，这时感应电动势e与振动速度υ成正比。
第8章 速度传感器及工程应用
8.1.2 变磁通式磁电转速传感器
第8章 速度传感器及工程应用
第8章 速度传感器及工程应用
8.1 磁电式速度传感器 8.2 霍尔式转速传感器 8.3 涡流式转速传感器 8.4 超声波流速传感器 8.5 光电式转速传感器 8.6 转速传感器工程应用案例
返回主目录
第8章 速度传感器及工程应用
8.1 磁电式速度传感器
它主要有恒磁通、变磁通和测速发电机三种。
。 的交流电源时，就在d轴方向上产生以频率为f的脉动磁通 d
U 1 U 1
I 1
I 1
D
d
E 2
I r
D
d
E r
n
I 2
q
Q
q
Q
d
0 U
q
d
不变，则输出电压Uo与转速呈线性关系，但对于不同的负载 电阻RL，测速发电机的灵敏系数K是不同的；负载电阻RL越 小，灵敏系数K也越小，即输出电压就越小。直流测速发电 机的输出特性如图8-4所示。 另外，直流测速发电机 的输出电压存在着波纹，
Uo RL=∞ RL1
其交流分量对速度反馈控
制系统和高精确度的解算 装置有一定影响，使用时
1. 基本结构 变磁通式磁电转速传感器的结构如图8-2所示。它由永
久磁铁、线圈、软铁、测量齿轮和壳体等组成。其中，图
8-2(a)为开磁路转速传感器结构示意图，图8-2(b)为闭磁路 转速传感器结构示意图。
1 2 3 4 5 3 1 4
N
S 2ห้องสมุดไป่ตู้N S
5
(a) 开磁路
1 —— 被测转轴 2 —— 测量齿轮 3 ——线圈 4 ——软铁
运动而产生的电磁阻尼。
第8章 速度传感器及工程应用
2. 测速原理 使用时，将它与被测物体固定在一起。当被测物体振动时，
它的外壳随之一起振动。这时永久磁铁4与线圈3之间的相对
运动速度接就等于振动速度υ。根据法拉第电磁感应定律，则 线圈在磁场中做切割磁力线运动产生的感生电动势e为
e W d W Bl u dt
8.1.1 恒磁通式磁电速度传感器
1.恒磁通式
恒磁通式磁电速度传感器的典型结构如图8-1所示，它主要
由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架和壳体等组成。其运动部 分可以是磁铁，也可以是线圈。因此它又分为动圈式（见图8-
1(a)）和动铁式（见图8-1(b)）两种结构类型，但它们的工作
原理是完全相同的 。 在动圈式中，永久磁铁4与传感器壳体5固定，线圈组件 （包括线圈3和金属骨架1）由柔软弹簧2支撑。
感应电动势E为
E C e n
式中Ce称为电动势常数，它是由测速发电机结构决定。 2）输出特性
(8-3)
当空载时，直流测速发电机的输出电压Uo就是电枢感应电
动势E，即
U o E Ce n
(8-4)
第8章 速度传感器及工程应用
若电枢电阻为Ra，负载电阻为RL，不计电刷与换向器间的 接触电阻，则直流测速发电机的输出电压U为
杯形转子
外定子
内定子
定子绕组
轴
空间上互差90°电角度。按
其转子结构又有鼠笼形和空 心杯形两种，空心杯形的结 构如图8-5所示。
图8-5 空心杯形异步测速发电机结构
第8章 速度传感器及工程应用
2) 异步测速发电机的测速原理
它的测速原理如图8-6所示。由于励磁绕组D置于d 轴上， 输出绕组Q置于与d轴垂直的q轴上；当励磁绕组外接频率为f
0 RL1>RL2
RL2
n
需要注意。
图8-4 直流测速发电机的输出特性
第8章 速度传感器及工程应用
2. 交流测速发电机
交流测速发电机有同步测速发电机和异步测速发电机两 种。下面介绍常见的交流异步测速发电机。
1)异步测速发电机的结构
它由定子和转子两部分组
成。其中在定子上嵌放着两
个绕组，一个为励磁绕组， 另一个为输出绕组，它们在
第8章 速度传感器及工程应用
2 1 1 2 3 4 N S 4 5 S N
u
3
u
5
(a) 动圈式
1 —— 金属骨架 2 ——弹簧 3 ——线圈
(b) 动铁式
4 —— 永久磁铁 5 ——壳体
图8-1 恒磁通式磁电速度传感器的基本结构
在动铁式中，线圈组件与壳体5固定，永久磁铁4用柔软
弹簧2支撑。两者的阻尼都是由金属骨架1和磁场发生相对
频率就等于测量齿轮的齿数与转速的乘积。即
f Zn
电动势的频率(Hz)。
60
(8-2)
式中：Z为齿轮的齿数； n为被测轴的转速(r/min)；f为感生
由式(8-2)可知，该传感器的感应电动势变化频率与转速n
成正比。
第8章 速度传感器及工程应用
8.1.3 测速发电机
根据输出电压的类型，它又分为直流和交流两大类。 1. 直流测速发电机 按定子的励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。 1）测速原理 永磁式直流测速发电机的
U E0 IRa E0 U Ra RL
(8-5) (8-6)
整理后得
C e 0 n U Kn 1 Ra / R L
令
Ce 0 K 1 Ra / RL
U o Kn
(8-7)
(8-8)
则
式中 ，K称作直流测速发电机的灵敏系数
第8章 速度传感器及工程应用
当测速发电机结构确定后，则Ce、Ф、Ra都为常数。若RL
b N a + J K S c
测速原理如图8-3所示。图中N、
S是永久磁铁，abcd是转子上 的其中一个线圈，线圈的两端 分别接在换向器的两个半圆形 铜环上，而铜环又分别与电刷 J、K滑动接触。
d
图8-3 直流测速发电机的测速原理
第8章 速度传感器及工程应用
可以证明，在恒定的磁场Ф中，测速发电机转轴带动电 枢以转速n旋转时，电枢绕组切割磁力线，从而在电刷间产生