磁电式传感器(讲稿)李江全石河子大学机电学院电气工程教研室
磁 电 式 传 感 器 (讲 稿) 李江全 石河子大学机电学院电气工程教研室
目录一、概述1、含义2、基本原理3、结构二、类型1、动圈式1）线速度型2）角速度型2、磁阻式三、特点及应用补充问题1、怎样利用磁电式传感器测量位移和加速度？2、磁电式传感器的误差及其补偿办法是什么？3、怎样利用磁电检测法检测热处理后机械零件参数？有何优缺点？
目 录 一、概述 1、含义 2、基本原理 3、结构 二、类型 1、动圈式 1）线速度型 2）角速度型 2、磁阻式 三、特点及应用 补充问题 1、怎样利用磁电式传感器测量位移和加速度？ 2、磁电式传感器的误差及其补偿办法是什么？ 3、怎样利用磁电检测法检测热处理后机械零件参数？有何优缺点？
一、概述1、什么是磁电式传感器？磁电式传感器是一种可将被测非电物理量转换为感应电动势的传感器。又称电磁感应式或电动力式传感器。2、基本原理磁电式传感器是利用电磁感应原理将运动速度转换成线圈中的感应电动势进行输出，即发电机原理。根据电磁感应定律，当导体和磁场发生相对运动时，导体中将产生电动势。对于一个匝数为W的线圈，当穿过该线圈的磁通?发生变化时，其感应电动势：e=-wdpdt可见，线圈感应电动势的大小，取决子数和穿过线圈的磁通变化率。磁通变化率与磁场强度，磁路磁阻线圈的运动速度有关。对于一个结构已定的传感器，线圈的感应电动势取决于磁路磁阻及线圈相对于磁场的运动速度。3、结构从磁电传感器的基本原理来看，它的基本部分有两个：一个是磁路系统，由它来产生恒定的永久磁场，一般都要用永久磁铁；另一部分是工作线圈，由它与磁场中的磁通交链而产生感应电动势。线圈与磁铁之间必须有相对运动，作为运动部分，可以是线圈，也可以是永久磁铁，只要在传感器工作时使线圈切割磁力线就可以了。作为一个完整的传感器，还有一些其它元件，如壳体、支撑、阻尼器、接线装置等。二、类型按照结构方式不同，磁电式传感器可分为动圈式（恒磁通式）与磁阻式（变磁通式）。1、动圈式通常是工作线圈（动圈）置于永久磁路的空气隙中，当线圈相对气隙磁场有切割磁力线的运动时，产生感应电动势信号输出，该信号的大小与线圈的运动
一、概述 1、什么是磁电式传感器？ 磁电式传感器是一种可将被测非电物理量转换为感应电动势的传感器。 又称电磁感应式或电动力式传感器。 2、基本原理 磁电式传感器是利用电磁感应原理将运动速度转换成线圈中的感应电动势 进行输出， 即发电机原理。 根据电磁感应定律，当导体和磁场发生相对运动时，导体中将产生电动势。 对于一个匝数为 W 的线圈，当穿过该线圈的磁通 发生变化时，其感应电动 势： dt d e W = − 可见，线圈感应电动势的大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。磁通 变化率与磁场强度，磁路磁阻线圈的运动速度有关。 对于一个结构已定的传感器，线圈的感应电动势取决于磁路磁阻及线圈相对 于磁场的运动速度。 3、结构 从磁电传感器的基本原理来看，它的基本部分有两个：一个是磁路系统，由 它来产生恒定的永久磁场，一般都要用永久磁铁；另一部分是工作线圈，由它与 磁场中的磁通交链而产生感应电动势。 线圈与磁铁之间必须有相对运动，作为运动部分，可以是线圈，也可以是永 久磁铁，只要在传感器工作时使线圈切割磁力线就可以了。 作为一个完整的传感器，还有一些其它元件，如壳体、支撑、阻尼器、接线 装置等。 二、类型 按照结构方式不同，磁电式传感器可分为动圈式（恒磁通式）与磁阻式（变 磁通式）。 1、动圈式 通常是工作线圈（动圈）置于永久磁路的空气隙中，当线圈相对气隙磁场 有切割磁力线的运动时，产生感应电动势信号输出，该信号的大小与线圈的运动
速度成正比。它可分为线速度型与角速度型。1）线速度型线圈在磁场中作直线运动时产生感应电动势：e=WBl（0=90°）。可见，当传感器结构一定时，W、B、1均为常数，感应电动势e的大小与线圈相对磁场运动的线速度成正比，这就是一般常见的惯性式速度计的工作原理。2）角速度型线圈在磁场中作旋转运动时产生感应电动势：e=WBSa可见，当传感器结构一定时，W、B、S均为常数，感应电动势e的大小与线圈相对磁场的角速度成正比，这种传感器被用于转速测量。它相当于一台发电机。2、磁阻式线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体（导磁材料）来改变磁路的磁阻，从而改变了贯穿线圈的磁通量，使线圈内产生感应电动势。测转速时，磁阻式通常是将齿轮的齿（槽）作为永久磁铁磁路中的一部分，当齿轮转动时，时而齿对齿，时而齿对槽形成磁阻的变化，引起磁路中磁通的变化，由线圈感应输出电动势，该信号的频率和幅值与齿轮转速成正比。磁阻式传感器使用简便，结构简单，在不同场合下可用来测量转速、偏心量、振动等。三、特点及应用磁电式传感器具有较高的灵敏度，输出信号大，工作时不需要电源，直接从被测物体吸收机械能转换成的电信中与供给。多用于速度、角速度、转速、转角、振动、位移、加速度、转矩等物理量的测量
速度成正比。 它可分为线速度型与角速度型。 1）线速度型 线圈在磁场中作直线运动时产生感应电动势： e =WBlv （ 0 = 90 ）。 可见，当传感器结构一定时，W、 B 、l 均为常数，感应电动势 e 的大小与 线圈相对磁场运动的线速度成正比，这就是一般常见的惯性式速度计的工作原 理。 2）角速度型 线圈在磁场中作旋转运动时产生感应电动势： e =WBS 可见，当传感器结构一定时，W、B 、S 均为常数，感应电动势 e 的大小与 线圈相对磁场的角速度成正比，这种传感器被用于转速测量。 它相当于一台发电机。 2、磁阻式 线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体（导磁材料）来改变磁路的 磁阻，从而改变了贯穿线圈的磁通量，使线圈内产生感应电动势。 测转速时，磁阻式通常是将齿轮的齿（槽）作为永久磁铁磁路中的一部分， 当齿轮转动时，时而齿对齿，时而齿对槽形成磁阻的变化，引起磁路中磁通的变 化，由线圈感应输出电动势，该信号的频率和幅值与齿轮转速成正比。 磁阻式传感器使用简便，结构简单，在不同场合下可用来测量转速、偏心量、 振动等。 三、特点及应用 磁电式传感器具有较高的灵敏度，输出信号大，工作时不需要电源，直接 从被测物体吸收机械能转换成的电信中与供给。 多用于速度、角速度、转速、转角、振动、位移、加速度、转矩等物理量 的测量
补充问题1、怎样利用磁电式传感器测量位移和加速度？从磁电式传感器的直接应用来说，它只是用来测定线速度和角速度，但是由于速度与位移或加速度有内在联系，仅差一个积分或微分关系，因此，如果在感应电动势的测量电路中接一积分电路，那么其输出电压就与位移成正比；如果在测量电路中接一微分电路，那么输出电压就与运动的加速度成正比。这样，磁电传感器除可测量速度外，还可用来测量位移和加速度。2、磁电式传感器的误差及其补偿办法是什么？误差：1）温度误差：因感应电动势随温度的升高而减小，传感器线圈和测量仪表线圈的电阻随温度升高而增加，从而引起显著的温度误差；2）非线性误差：测量振动时，动圈中感应的电动势是交变的，因而感生电流也是交变的，该电流产生的磁场也是交变的，该磁场与原气隙磁场叠加后的合成磁场，使感应电动势正、负半波波形不同，从而产生非线性失真。补偿办法：1）温度变化引起的测量误差通常用热磁分路进行补偿：2）为了补偿非线想的失真，在结构上增加一个补偿线圈。3、怎样利用磁电检测法检测热处理后机械零件参数？有何优缺点？采用磁电法检测热处理后的零件硬度、渗层深度、淬硬层深度等参量，已得到广泛应用。其基本原理是基于机械零件的某些性能（如硬度）和磁电特性（如矫玩力）间在某些范围内存在着单调对应关系。利用同一磁电特性（如磁导率），既可以检查机械零件的硬度，又可以检查渗层深度或淬硬层深度，只在某一特定条件下，某一性能（如碳层深度）成为影响机械零件磁电性质的主要因素，便可以这种特定条件下，对这一参量进行检测。磁电检测法具有不破坏零件，检查速度快、易实现自动化等优点、缺点是设备专用性强，影响因素较多，精确度不够高等。这种方法特别适用于大批量的流水检查工作
补充问题 1、怎样利用磁电式传感器测量位移和加速度？ 从磁电式传感器的直接应用来说，它只是用来测定线速度和角速度，但是由 于速度与位移或加速度有内在联系，仅差一个积分或微分关系，因此，如果在感 应电动势的测量电路中接一积分电路，那么其输出电压就与位移成正比；如果在 测量电路中接一微分电路，那么输出电压就与运动的加速度成正比。这样，磁电 传感器除可测量速度外，还可用来测量位移和加速度。 2、磁电式传感器的误差及其补偿办法是什么？ 误差：1）温度误差：因感应电动势随温度的升高而减小，传感器线圈和测 量仪表线圈的电阻随温度升高而增加，从而引起显著的温度误差；2）非线性误 差：测量振动时，动圈中感应的电动势是交变的，因而感生电流也是交变的，该 电流产生的磁场也是交变的，该磁场与原气隙磁场叠加后的合成磁场，使感应电 动势正、负半波波形不同，从而产生非线性失真。 补偿办法：1）温度变化引起的测量误差通常用热磁分路进行补偿；2）为 了补偿非线想的失真，在结构上增加一个补偿线圈。 3、怎样利用磁电检测法检测热处理后机械零件参数？有何优缺点？ 采用磁电法检测热处理后的零件硬度、渗层深度、淬硬层深度等参量，已得 到广泛应用。 其基本原理是基于机械零件的某些性能（如硬度）和磁电特性（如矫玩力） 间在某些范围内存在着单调对应关系。 利用同一磁电特性（如磁导率），既可以检查机械零件的硬度，又可以检查 渗层深度或淬硬层深度，只在某一特定条件下，某一性能（如碳层深度）成为影 响机械零件磁电性质的主要因素，便可以这种特定条件下，对这一参量进行检测。 磁电检测法具有不破坏零件，检查速度快、易实现自动化等优点、缺点是设 备专用性强，影响因素较多，精确度不够高等。 这种方法特别适用于大批量的流水检查工作