传感与检测技术-项目二磁电式传感器在发动机转速检测电路中的应用

任务一初识磁电式传感器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.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,是一种有源传感器.１.基本原理磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量.由于具有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;工作频带一般为１０~１０００Hz.２.结构类型磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈与磁场的相对运动速度有关,故改变其中任一个因素,都会改变线圈的感应电动势.下一页返回任务一初识磁电式传感器(１)根据以上原理,有两种磁电式传感器:(２)恒磁通式:磁路系统具有恒定磁场,运动部件可以是线圈也可以是磁铁.变磁通式:线圈、磁铁静止不动,转动物体引起磁阻、磁通变化.１)恒磁通式恒磁通式由永久磁铁、线圈、弹簧和金属骨架组成,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,气隙中的磁通也恒定不变,感应电动势是由于线圈相对于永久磁铁运动时切割磁力线产生的,运动部件可以是线圈也可以是磁铁,其结构分为动圈式和动磁式,如图７-１３所示.上一页下一页返回任务一初识磁电式传感器图７-１４所示为动圈式磁电式传感器的工作原理.当线圈在垂直于磁场方向做直线运动或旋转运动时,若以线圈相对磁场运动的速度v或角速度ω表示,则所产生的感应电动势:线速度型为角速度型为当传感器的结构参数确定后,B、l、N、s均为定值,感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比,所以这类传感器的基本形式是速度传感器,能直接测量线速度或角速度.如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路,还可以用来测量位移或加速度.但由上述工作原理可知,磁电式传感器只适用于动态测量.上一页下一页返回任务一初识磁电式传感器２)变磁通式变磁通式磁电式传感器的线圈和永久磁铁都是静止的,感应电动势由变化的磁通产生,如图７-１５所示.图７-１６为开磁路变磁通式磁电式传感器结构,线圈、磁铁静止不动,测量齿轮安装在测旋转体上,随被测物体一起转动.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,线圈中产生感应电动势,其变化频率等于被测转速n与测量齿轮上齿数z的乘积.由频率计测得f,即可求得转速n.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用在高转速测量的场合.上一页下一页返回任务一初识磁电式传感器图７-１７为闭磁路变磁通式磁电式传感器结构,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,内齿轮随被测转轴转动,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应电动势.显然,感应电动势的频率与被测转速成正比.３.信号调理电路为便于各级阻抗匹配,将积分电路和微分电路置于两极放大器之间,如图７-１８所示.上一页下一页返回任务一初识磁电式传感器４.磁电式传感器的应用１)变磁通式磁电式线速度/角速度传感器变磁通式磁电式线速度/角速度传感器如图７-１９所示.２)磁电式扭矩传感器当扭矩作用在转轴上时,两个磁电传感器输出的感应电压u１、u２存在相位差,相差与扭矩的扭转角成正比,传感器可以将扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号.其主要应用有电磁式心音传感器、电磁血流量计等,如图７-２０所示.上一页返回任务二磁电式传感器在发动机转速检测中的应用任务目的:了解磁电式传感器测量转速的原理.基本原理:如图７-２１所示.实施任务需用器件与材料:主机箱中的调速电源(０~２４V直流稳压电源)、电压表、频率/转速表、磁电式传感器、转动源.正确准备相关器件及材料,检查磁电式传感器是否能正常工作.返回任务三磁电式传感器在发动机转速检测应用中的调试(１)根据图７-２２将磁电式传感器安装于霍尔支架上,传感器的端面对准转盘上的磁钢,并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙为２~３mm.(２)在接线以前合上主机箱电源开关,将主机箱中的转速调节电源０~２４V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(显示选择为２０V挡),检测大约为１.２５V;然后关闭主机箱电源,将磁电式传感器、转动电源按图７-２２所示分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表(转速挡)的Fin上.下一页返回任务三磁电式传感器在发动机转速检测应用中的调试(３)合上主机箱电源开关,在小于１２V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电动机电枢电压),观察电动机转动及转速表的显示情况.(４)从２V开始记录每增加１V相应电动机转速的数据(待电动机转速比较稳定后读取数据);画出电动机的v-n(电动机电枢电压与电动机转速的关系)特性曲线.试验完毕,关闭电源.上一页返回图７-１３恒磁通式磁电式传感器结构返回图７-１４动圈式磁电式传感器的工作原理返回图７-１５变磁通式磁电式传感器结构返回图７-１６开磁路变磁通式磁电式传感器结构返回图７-１７闭磁路变磁通式磁电式传