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1、第7章,磁敏式传感器,第 7章 磁敏式传感器,7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器,7.1 磁电感应式传感器,磁电感应式传感器又称磁电式传感器， 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量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。 由于它输出功率大， 且性能稳定，具有一定的工作带宽（101000 Hz），所以得到普遍应用。,恒磁通式传感器,工作原理： 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，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图（a）和
2、动铁式（图 (b)）的工作原理是完全相同的。 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， 当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动， 近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线， 从而产生感应电势。,变磁通式磁电传感器结构图 (a) 开磁路； (b) 闭磁路,变磁通式磁电传感器,图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。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
3、感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。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测量高转速的场合。,图 (b)为闭磁路变磁通式传感器，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，内齿轮随被测轴而转动，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， 感应电势的频率与被测转速成正比。,7.1.2 磁电感应式传感器基本特性 当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电流Io为,式中： Rf测量电路输入电阻； R线
4、圈等效电阻。,传感器的电流灵敏度为,而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为,B值大，灵敏度也大，因此要选用B值大的永磁材料；线圈的平均长度大也有助于提高灵敏度，但这是有条件的，要考虑两种情况： 线圈电阻与指示器电阻匹配问题 如图所示，因传感器相当于一个电压源，为使指示器从传感器获得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。 线圈的发热问题 传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过而发热。,测量误差,当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为,非线性误差,主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有
5、电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。 这种影响分为两种情况,温度误差,温度误差补偿办法：在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路，进行温度补偿。,动态特性,当被测物振动频率低于传感器的固有频率时，传感器的灵敏度是随振动频率的升高而明显增加的； 当振动频率远大于传感器固有频率时，传感器的灵敏度接近为一个常数，它基本上不随频率变化，即在这一频率范围内，传感器的输出电压与振动速度成正比关系，这一频段就是传感器的理想工作频段； 在振动频率更高（过大）的情况下，线圈阻抗增加，传感器灵敏度会随着振动频率的增加反而下降。,7.1
6、.2 测量电路,7.1.3 磁电感应式传感器的应用,磁电感应式振动速度传感器,磁电感应式扭矩传感器,电磁流量计,7.2 霍尔式传感器,当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。 霍尔效应产生的电动势被称为霍尔电势。 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。,霍尔元件,霍尔元件基本特性,线性特性与开关特性 不等位电阻 负载特性 温度特性,霍尔元件的零位误差及补偿,不等位电动势的补偿,寄生直流电动势的补偿 元件在制作安装时，尽量做到使电极欧姆接触，并做到均匀散热。 欧姆接触：金属与半导体的接触，其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻。,霍尔元件的温度误差及其补偿,7.2.2 测量电路,7.2.3 霍尔式传感器的应用,微位移的测量,转速的测量,压力的测量,
