常用传感器的工作原理教学PPT磁电式传感器.ppt

传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234第3章 常用传感器的工作原理 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 424872343.6 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 3.6.1 3.6.1 动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器 3.6.2 3.6.2 磁磁阻式磁电传感器阻式磁电传感器 3.6.3 3.6.3 磁电传感器的测量电路磁电传感器的测量电路 内容提要 学习目标 掌握磁电传感器的工作原理； 了解磁电传感器的测量转换电路 。 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234概述 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234磁电传感器又称磁电感应式传感器，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能转换成易 于测量的电信号，是一种典型的有源传感器。 输出功率大，且性能稳定，可简化二次仪表，但频率响 应低，通常在101000 hz的频带作机械振动测量，转速 测量，传感器尺寸大，重。 概述 磁电式传感器 机械能 电 量 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234根据法拉第电磁感应定律，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的大小决定于穿过线圈的磁通量 的变化率，即 磁电传感器是以导体和磁场发生相对运动而产 生电动势为基础的。 工作原理 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度 有关，故若改变其中一个因素，都会改变线圈的感应 电动势。 工作原理 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234一、磁电式传感器的结构 磁路系统：产生一个恒定的直流磁场 线圈：与磁场中的磁通相交，产生感应电动势 运动机构：感受被测体的运动使线圈磁通发生变化 结构 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234二、磁电传感器的分类 按照磁场方式分，磁电传感器可分为恒磁通式和变 磁通式。 恒磁通式 动圈式 动铁式 变磁通式 开磁路式 闭磁路式 在恒磁通结构中，磁路系统产生恒定磁场，感应电动式是由线圈和永久磁铁直接相 对运动，切割磁力线产生。运动部件可以是磁铁也可以是线圈 在变磁通结构中，线圈和永久磁铁均固定不动，与被测物体连接而运动的部分是利用 导磁材料制成的动铁心（衔铁），衔铁运动使得气隙和磁路磁阻变化。 分类 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234恒磁通动圈式 特点：永磁铁固定不动，线圈运动。 3.6.1 3.6.1 动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234恒磁通动铁式 特点：线圈固定不动，永磁铁运动。 工作原理： 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 率很高，高于传感器固有频率 ，运动部件由于惯性，来不及 振动，几乎不动，振动能量全 被弹簧吸收，永磁铁和线圈的 相对运动就接近于振动物体的 振动速度。线圈和磁铁的相对 运动切割磁力线产生感应电动 势。 3.6.1 3.6.1 动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234当线圈在磁场中做直线运动时，感应电动势可写为： 当线圈在磁场中作旋转运动时，感应电动势可写为： 式中，s：每匝线圈的平均截面积（m2） d/dt：线圈和磁电间相对运动的角速度（rad/s） 式中，l：每匝线圈的平均长度（m） b：线圈所在磁场的磁感应强度（t） dx/dt：线圈和磁铁间相对直线运动的线速度（m/s） 3.6.1 3.6.1 动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234结论： 当传感器的结构参数确定后，其中b、l 、 n、s均为定值，则感应电动势e与线圈对磁场 的相对运动速度（线速度或角速度）成正比。 所以，可用磁电感应式传感器测量线速度和角 速度。对测得的速度进行积分或微分就可以求 出位移和加速度。但由上述工作原理可知，磁 电感应式传感器只适用于动态测量。 3.6.1 3.6.1 动圈式磁电传感器动圈式磁电传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234开磁路变磁通式 齿 轮 壳 体 永 久 磁 铁 线 圈 工作原理： 线圈、齿轮静止不动，测量齿轮安装在被测转体上，随被测体一起转动。每转一 个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈产生感应电动势， 其变化频率f 取决于齿轮的齿数z和转速n(单位为r/min)，它们的关系为f=nz/60 特点：结构简单，输出信号较小，因平衡和安全问题而不宜测量高转速。 3.6.2 3.6.2 磁阻式磁电传感器磁阻式磁电传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234闭磁路变磁通式 永久磁铁 转轴 外齿轮 感应线圈 内齿轮 外齿轮 内齿轮 工作原理： 传感器的转轴与被测物的轴相连，外齿轮不动，内齿轮随被测轴旋转，当内外齿 轮的齿凸凸相对时，气隙最小，磁通最大；当内外齿轮的齿凸凹相对时，气隙最大， 磁通最小；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应电动势。感应电势的频率与被测转速成正比。 特点：对环境要求不高，工作频率下限较高，可达50hz，上限可达100khz。 3.6.2 3.6.2 磁阻式磁电传感器磁阻式磁电传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234但磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速 度信号，则需要配用积分或微分电路。 3.6.3磁电传感器的测量转换电路 磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有 较高的灵敏度，不需要高增益放大器。 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234磁电感应式传感器可用于速度、振动、扭矩、流量等参数 的测量。 对应的有 （1）磁电式振动加速度传感器 （2）磁电式转速传感器 （3）磁电式扭矩仪 （4）磁流量计（所测的流体应具有导电性，蒸馏水以及各种 油类都不能使用） 3.6.4磁电传感器的应用 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234振动加速度传感器 飞机振动模态分析 3.6.4磁电传感器的应用 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234磁电振动式传感器的特点 输出阻抗小 对绝缘、放大器的要求不高 噪声干扰可忽略 体积、重量大，有磨损 工作温度不高 频率响应不高 （以上相对压电式传感器而言） 是利用磁电感应原理把振动信号变换成电 信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻 尼等部分组成。 工作时，将传感器安装在机器上，在机器振 动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁 相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电 压，该电压值正比于振动速度值。 与二次仪表相配接，即可显示振动速度或位 移量的大小。 3.6.4磁电传感器的应用 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 424872343.6.4磁电传感器的应用 转速传感器 传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of technology 信息科学与电气工程学院 孙 毅 42487234传感器与检测技术 detection and transition of technologydetection and transition of techno