磁电式传感器:磁电式传感器,什么是磁电式传感器,磁电式传感器介绍

2021/11/06 21:15 · 传感器知识资讯 ·  · 磁电式传感器:磁电式传感器,什么是磁电式传感器,磁电式传感器介绍已关闭评论
摘要:

磁电式传感器:磁电式传感器,什么是磁电式传感器,磁电式传感器介绍一、实验原理:磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器,所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律,ω匝线圈中的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的磁通?的变化率:霍尔式传感器是一种磁电传感器,它利用材料的霍尔效应而制成。该传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以

磁电式传感器:磁电式传感器,什么是磁电式传感器,磁电式传感器介绍  第1张

磁电式传感器:磁电式传感器,什么是磁电式传感器,磁电式传感器介绍

  一、实验原理:
  磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器,所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律,ω匝线圈中的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的磁通?的变化率:霍尔式传感器是一种磁电传感器,它利用材料的霍尔效应而制成。该传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时,霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时,输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X,所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。
  二、实验所需部件:
  直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。
  三、实验步骤:
  1.了解霍尔传感器的结构和在实验仪上的位置,熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上,两个半圆形永久磁钢固定在实验仪的顶板上,二者组成霍尔式传感器。
  2.差动放大器调零。之后关闭电源,放大器增益调到最小。
  3.装好测微头,调节它带动振动台位移,使霍尔片置于半圆形磁钢上下正中位置。打开电源,调节WD或微调测微头使电压表示数为0。
  4.以此为起点,向上和向下位移测微头,每次0.5mm,记录输出数据,分别填入相应的表格中。
  四、注意事项:
  1.实验前应检查实验接插线是否完好,连接电路时应尽量使用较短的接插线,以避免引入干扰。
  2.接插线插入插孔,以保证接触良好,切忌用力拉扯接插线尾部,以免造成线内导线断裂。
  3.稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均须与电源地相连。
  4.一旦调整好,测量过程中不能移动磁路系统。
  5.直流激励电压须严格限定在2V,绝对不能任意加大,以免损坏霍尔元件。
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磁电式传感器
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磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入的运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它直接将被测物体的机械能量转换成电信号输出,工作不需要外加电源,是一种典型的无源传感器。由于这种传感器输出功率较大,因而大大地简化了配用的二次仪表电路。
[1]
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。由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;
中文名
磁电式传感器
别 名
电动式或感应式传感器
类 别
传感器
工作频带
10~1000Hz
特 性
双向转换
原 理
电磁感应
目录
1
原理结构
2
工作原理
3
测量电路
4
设计原则
5
分类
?
霍尔式
?
应用
6
传递矩阵
7
磁电应用
磁电式传感器原理结构
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语音
利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。根据这一原理,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。图1所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。变磁通式结构(a)旋转型(变磁)); (b)平移型(变气隙)其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5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。
图1 变磁式结构
磁电式传感器工作原理
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根据电磁感应定律, 当w匝线圈在恒定磁场内运动时, 设穿过线圈的磁通为Φ, 则线圈内的感应电势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关系: E=-w(dΦ/dt)
磁电式传感器测量电路
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磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。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。
磁电式传感器设计原则
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磁电感应式传感器有两个基本元件组成:一个是产生恒定直流磁场的磁路系统,为了减小传 感器体积,一般采用永久磁铁;另一个是线圈,由它与磁场中的磁通交链产生感应电动势。感应 电动势与磁通变化率或者线圈与磁场相对运动速度成正比,因此必须使它们之间有一个相对运 动。作为运动部件,可以是线圈,也可以是永久磁铁。所以,必须合理地选择它们的结构形式、 材料和结构尺寸.以满足传感器的基本性能要求。对于惯性式传感器,具体计算时,一般是先根据使用场合、使用对象确定结构形式和体积大 小(即轮廓尺寸),然后根据结构大小初步确定磁路系统,计算磁路以便决定磁感应强度B。这样,由技术指标给定的灵敏度S值以及确定的B值,由S=e/v=BιN即可求得线圈的匝数N。因为 在确定磁路系统时,气隙的尺寸已经确定了,线圈的尺寸也已确定,亦即 ι已经确定。根据这些 参数,便可初步确定线圈导线的直径d。从提高灵敏度的角度来看,B值大,S值也大,因此磁路 结构尺寸应大些。只要结构尺寸允许,磁铁可尽量大些,并选择B值大的永磁材料,匝数N也可 取得大些。当然具体计算时导线的增加也是受其他条件制约的,各参数的选择要统一考虑,尽量从优。
磁电式传感器分类
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一般分为两种:(1)磁电感应式(2)霍尔式
磁电式传感器霍尔式
霍尔效应置于磁场中的导体(或半导体),当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向会产生电动势(霍尔电势),原因是电荷受到洛伦兹力的作用。定向运动的电子除受到洛仑兹力外,还受到霍尔电场的作用,当fl=fE时,达到平衡,此时基本结构
霍尔元件的基本结构图如图2:
图2
基本特性(1)额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温升10度时所流过的激励电流以元件最大温升为限制所对应的激励电流(2)输入电阻和输出电阻激励电极间的电阻电压源内阻(3)不等位电势和不等位电阻当霍尔元件的激励电流为I时,若元件所处位置磁感应强度为零,此时测得的空载霍尔电势。不等位电势就是激励电流经不等位电阻所产生的电压。(4)寄生直流电势(5)霍尔电势温度系数误差补偿(1)零点误差:不等位电势:①电极引出时偏斜,②半导体的电阻特性(等势面倾斜)造成。③激励电极接触不良。寄生直流电势:由于霍耳元件是半导体,外接金属导线时,易引起PN节效应,当电流为交流电时,整个霍耳元件形成整流效应,PN节压降构成寄生直流电势,带来输出误差。补偿方法制作工艺上保证电极对称、欧姆接触电路补偿
[2]
(2)霍尔元件的温度补偿误差原因:温度变化时,KH,Ri(输入电阻)变化补偿办法1.对温度引起的I进行补偿。采用恒流源供电。但只能减小由于输入电阻随温度变化所引起的激励电流的变化的影响。2.对KHI乘积项同时进行补偿。采用恒流源与输入回路并联电阻。如图3所示:
图3
磁电式传感器应用
(1)霍尔式位移传感器工作原理图:如图4所示
图4
(2)几种霍尔式转速传感器的结构:如图5所示:
图5
(3)霍尔计数装置的工作示意图及电路图:如图6所示:
[2]
图6
磁电式传感器传递矩阵
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一.传递矩阵一.机械阻抗图(a)所示的质量为m、弹簧刚度为k,阻尼系数为c的单自由度机械振动系统。设在力F作用下产生的振动速度和位移分别为v和x,由此可列出力平衡方程机械阻抗图(b)所示的由电阻R、电感L和电容C组成的串联电路,设电源电压为u,回路电流为i、电荷为q。由此可列出电压平衡方程这两个微分方程式虽然机电内容不同,但形式相同。因此,这两个系统为一对相似系统。一个系统可以根据求解它的微分方程来讨论其动态特性,故上述两相似系统的动态特性必然一致,可以实现机电模拟。一对相似系统(a)单自由度机械振动系统;(b)RLC串联电路在电路中存在着电阻抗,它是将电流与电压联系起来的一个参数,可以设想,如同电路中的电阻抗一样,假设机械系统存在“机械阻抗”ZM。类似于电系统,由第一个式子可得可见ZM是将机械系统 中某一点上的运动响 应与引起这个运动的力联系起来的一个参数。由此可得,作简谐运动的线性机械系统的机械阻抗的定义为机械阻抗ZM(复数)=激振力(复数)/运动响应(复数)引用机械阻抗概念来分析机械系统的动态特性,就可以用简单的代数方法求得描述动态特性的传递函数,而不必求解微分方程。
磁电式传感器磁电应用
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测振传感器磁电式传感器主要用于振动测量。其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准,它直接安装在振动体上进行测量,因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。常用地测振传感器有动铁式振动传感器、圈式振动速度传感器等。(一).测振传感器的应用航空发动机、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种水、气管道、桥梁、高层建筑等,其振动监测与研究都可使用磁电式传感器。(二).测振传感器的工作特性振动传感器是典型的集中参数m、k、c二阶系统。作为惯性(绝对)式测振传感器,要求选择较大的质量块m和较小的弹簧常数k。这样,在较高振动频率下,由于质量块大惯性而近似相对大地静止。这时,振动体(同传感器壳体)相对质量块的位移y(输出)就可真实地反映振动体相对大地的振幅x(输入)。磁电式力发生器与激振器前已指出磁电式传感器具有双向转换特性,其逆向功能同样可以利用。如果给速度传感器的线圈输入电量,那么其输出量即为机械量。在惯性仪器——陀螺仪与加速度计中广泛应用的动圈式或动铁式直流力矩器就是上述速度传感器的逆向应用。它在机械结构的动态实验中是非常重要的设备,用以获取机械结构的动态参数,如共振频率、刚度、阻尼、振动部件的振型等。除上述应用外,磁电式传感器还常用于扭矩、转速等测量。
词条图册
更多图册
参考资料
1.

李开宇.传感器原理:科学出版社,2007年
2.

陈杰.传感器与检测技术:高等教育出版社,2002.8:80
磁电式传感器:磁电式传感器,什么是磁电式传感器,磁电式传感器介绍  第3张

磁电式传感器:磁电式传感器与磁阻式传感器的原理图解

有关速度传感器的小知识,介绍了动圈式磁电式传感器的工作原理,以及磁阻式传感器的原理与特点,供大家学习参考。
1、动圈式磁电式传感器
(1)线速度型(2)角速度型(3)等效电路 将传感器与电压放大器连接时,其等效电路如图。
图中e是发电线圈感应电势;Z0 是线圈阻抗;RL 是负载电阻(含放大器);CC 是电缆线分布电容;RC 是电缆导线的电阻(可忽略),故等效电路中输出电压简化为:
图1,动圈式磁电传感器工作原理
2、磁阻式传感器
(1)工作原理
磁阻式传感器的线圈与磁铁之间无相对运动,由运动着的物体(导磁材料)改变磁路的磁阻,从而引起磁力线的增加与减弱,带动线圈产生感应电动势。
(2)特点
磁阻式传感器具仍使用简便、结构简单等特点,可用来测量转速、偏心量、振动等,应用场合十分广泛。
以上就是磁电式传感器与磁阻式传感器的原理与特点,希望对大家有所帮助。

磁电式传感器:磁电式传感器工作原理_磁电式传感器的构成

描述
  磁电式传感器工作原理
  磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入的运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它直接将被测物体的机械能量转换成电信号输出,工作不需要外加电源,是一种典型的无源传感器。由于这种传感器输出功率较大,因而大大地简化了配用的二次仪表电路。
  根据电磁感应定律, 当w匝线圈在恒定磁场内运动时, 设穿过线圈的磁通为φ, 则线圈内的感应电势E与磁通变化率dφ/dt有如下关系: E=-w(dφ/dt)
  磁电式传感器的技术参数
  1. 输出波形:近似于正弦波
  2. 输出信号幅值:当传感器铁芯和被测齿轮齿顶间间隙&=0.5mm,齿数z=60,齿轮模数m=2及40转/分时,输出电压V≥70mV
  3. 测量范围:0-Hz
  4. 使用时间:连续使用
  5. 环境温度: -20 ~ 65 ℃
  6. 相对湿度:≤ 65%
  7. 输出尺寸:二线制(双芯屏蔽线)
  8. 输出信号:4-20MA
  磁电式传感器的构成
  磁电式传感器构成:磁路系统、线圈
  1、磁路系统
  由它产生恒定直流磁场。为了减小传感器的体积,一般都采用永久磁铁;
  2、线圈
  由它运动切割磁力线产生感应电动势。作为一个完整的磁电式传感器,除了磁路系统和线圈外,还有一些其它元件,如壳体、支承、阻尼器、接线装置等。
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