3.3 磁电式传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

3.3 磁电式传感器 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握磁电式传感器的基本原理。 能力目标 理解和运用磁电式传感器的基本结构和原理、以及测量转换电路等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结磁电式传感器的基本工作原理。 新知学习 一、基本工作原理 磁电式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。根据电磁感应定律，具有N匝的线圈，其感应电动势e的大小取决于贯穿该线圈磁通的变化速率。 新知学习 一、基本工作原理 在传感器中，结构已定时磁感应强度 B 和线圈总长度l 都是常数，因此感应电动势e 与线圈对磁场的相对运动速度成正比。所以，从磁电式传感器的直接应用来说，它只是用来测定线 速度或角速度。但是，由于速度与位移或加速度有内在联系，仅是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，磁电式传感器除可测量 速度外，还可以用来测量位移和加速度。 新知学习 从磁电式传感器的基本原理来看，它的基本元件有两个： 一个是磁路系统，由它来产生恒定的磁场，为了减小传感器的体积， 一般都采用永久磁铁；另一个是线圈，当它切割磁场中的磁力线时产生感应电动势。 一、基本结构 新知学习 感应电动势e 和线圈与磁铁的相对运动速度成 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。 一、基本结构 新知学习 一只磁电式转速传感器的结构原理 图，它由转子、定子、磁钢、线圈等元件组成。传感 器的转子和定子均用工业纯铁制成，并在它们的圆形端面上均匀地铣了一些槽。 一、基本结构 新知学习 测量时，将传感器的转轴1与被测物转轴相连接， 被测物就带动传感器转子转动。当转子与定子的齿凸 凸相对时，气隙最小，磁通最大，当转子与定子的齿 凸凹相对时，气隙最大，磁通最小。这样定子不动而 转子转动时，磁通就周期性地变化，从而在线圈中感 应出近似正弦波的电动势信号。 一、基本结构 新知学习 若该转速传感器的输出量是以感应电动势的频率来表示的，则其频率f 与转速n 间的关系式为 式中 z—— 定子或转子端面的齿数； n——被测物转速，r/min。 一、基本结构 新知学习 根据磁电式传感器的工作原理，可知它的输出电动势大小与运动速度成正比，这是一种测 速度的传感器。但在实际测量中，它常常被用来测量运动的位移(或振幅)和加速度。因此， 为了能使信号大小与位移和加速度成正比，必须将信号加以变换，一般是在测量电路中接入一 积分电路和微分电路，用开关切换。 三 、测量转换电路 新知学习 一般传感器的输出电压不是很大，大约为毫 伏级。为了用指针指示或用记录仪进行记录，必 须将信号加以放大。 一般采用晶体管放大器放大， 放大倍数视传感器的灵敏度而定。有时由于测量 范围较广，常把放大倍数分成几挡，分挡的办法 用衰减器来完成。 放大器的输出信号可以送至记录仪器记录，也可以用电流表指示。在后一种情况下，必须 先将信号进行检波(峰值检波或平均值检波),然后接到电流表，由指针指示。 三 、测量转换电路 新知学习 1.磁电式扭矩仪 这种传感器用于变磁通式，其结构示意图如图3-14所示。转子和线圈都固定在传感器轴 上，而定子和永磁体固定在传感器的外壳上。转子和定子都有一一对应的齿和槽。测量扭矩时，需用两个传感器将它们的转轴(包括线圈 和转子)分别固定在被测轴的两端，它们的外 壳固定不动。安装时， 一个传感器的定子齿与 其转子齿相对，另一个传感器的定子槽与其转 子齿相对。当被测轴无外加扭矩时，扭转角为 零。这时若转轴以一定角速度旋转，则两个传 感器产生相位差180°近似正弦波的两个感应电 动势。当被测转轴受扭矩时，轴的两端产生扭角φ。 四 、磁电式传感器的应用 新知学习 1.磁电式扭矩仪 因此，两个传感器输出的感应电势将因扭矩而产生附加相位差φ₀ 。扭转角φ与感应电动势相位差φ的关系为40=zφ 其中， z 为传感器定子(转子)的齿数。经测量电路将相位转换成时间差，就可测出扭矩。 四 、磁电式传感器的应用 新知学习 2. 机载振动监视系统 飞机在飞行中由于发动机运转的不平衡和空气动力的作用，都会引起各部分产生不同程度 的振动，振动量过大时会造成飞机构件的损坏。因此，为了确保飞行安全，在飞机设计和制造 过程中，对一些重要部件如发动机、机身、机翼等，都必须在地面上进行振动试验，以验证这 些部件的结构设计是否合理，零件加工和装配是否