4.3 磁敏传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（电工版）

1 磁敏传感器是对磁场参量(B,H,φ)敏感的元器件或装置 ,具有把磁学物理量转换为电信号的功能。 一、 磁电感应式 二、霍尔式 三、磁敏电阻 式 四、磁敏二极管式 五、磁敏三极管式 4.3 磁敏传感器 磁电效应式 结型 磁传感器克服了许多与光电编码器有关的缺陷，因为它们对外来物质更有容忍性。然而，这些传感器很少被用于高准确度要求的应用，这是由于磁滞效应，以及运动和静止部件之间的精密机械加工的影响。应仔细研究任何磁传感器数据表中的安装公差、温度系数和工作温度指标。 更进一步，要考虑磁性材料或电缆的接近。永磁体可能吸引一些外部杂质，传感器失效的一个因素就是杂质碎屑随时间的累积。 在有恶劣冲击的环境中，通常不选择磁传感器，因为当今的NdFeB永磁体众所周知的脆性。 优点： 非常坚固牢靠；大多数液体没有影响。 缺点: 温漂；滞环；不适合高准确度应用；对附近导磁材料、直流磁场敏感；耐冲击能力差。 4.3.0 磁电感应式传感器 法拉第电磁感应定律： N为线圈匝数，E为感应电势，Φ为磁通。当E的单位为伏特（V），Φ的单位为韦伯（Wb），t的单位为秒（s）时 EXTENSION 4.3.0 磁电感应式传感器 EXTENSION 磁电感应式传感器分为：恒定磁通式磁电感应传感器和变磁通式磁电感应传感器两种。 来源：《传感器与测试技术》PPT ， 由法拉第电磁定律可知，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势 E 的大小取决于穿过线圈的磁通Φ的变化率， 恒定磁通式：工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生 变磁通式：永久磁铁与线圈均固定，动铁心的运动使气隙和磁路磁阻变化，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 1.恒定磁通式 恒定磁通磁电感应式传感器如下图所示 由永久磁铁（磁钢）、软铁、线圈、支架、壳体组成 测量时，磁路中的磁通恒定，感应线圈相对磁场运动产生感应电势 恒磁通磁电感应式传感器分为： 动圈式（运动部件是线圈） 动铁式（运动部件是永久磁铁） v N S 动圈式恒定磁通磁 电感应式传感器结构图 线圈 弹簧 永久磁铁 软铁 ld d 支架 S N 动铁式恒定磁通磁 电感应式传感器结构图 弹簧 线圈 永久磁铁 壳体 v 永久磁铁 （1） 线/角速度传感器 1.恒定磁通式 恒定式磁电式传感器：磁路系统一般都采用永久磁铁；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。 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，从而产生感应电动势为：E=-BLWV; 当线圈在垂直于磁场方向旋转运动时，若以线圈相对磁场运动的角速度ω表示，则所产生的感应电动势为：E--BWSω 图6-5 磁电式振动传感器的结构原理图 1-弹簧片 2-永久磁铁 3-阻尼器 4-引线 5-芯杆 6-外壳 7-线圈 8-弹簧片 （2）动圈式振动速度传感器 1.恒定磁通式 工作时，传感器与被测物体刚性连接，当物体振动时，传感器外壳和永久磁铁随之振动，而架空的芯轴、线圈和阻尼环因惯性而不随之振动．因而，磁路空隙中的线圈切割磁力线而产生的正比于振动速度的感应电动势，线圈的输出通过引线输出到测量电路． 2. 变磁通式 变磁通式磁电感应式传感器测量时，磁路中的磁通变化（或磁路中的磁阻变化），因而感应线圈中感应电势变化。 变磁通式磁电感应传感器分为：开磁路变磁通式传感器、闭磁路变磁通式传感器 平移型开磁路变磁通 磁电感应式传感器结构图 线圈 被测体 衔铁 v N S 永久磁铁 e δ0 磁路 e = -BNAv N S 旋转型闭磁路变磁通 磁电感应式传感器结构图 永久磁铁 线圈 椭圆铁磁 旋转体 软铁 e 磁路 e = -BWAωcos2ωt （1）开磁路：当衔铁上下运动时，它与永久磁铁之间的气隙的大小随之变化，磁路中的磁阻和磁通也随之变化，因而在线圈中产生感应电动势 e （2）闭磁路：椭圆铁磁旋转体在磁场气隙中以一定的角速度ω转动，由于旋转体是椭圆形，软铁与衔铁之间的气隙大小随之变化，磁路中的磁阻和磁通也随之变化，因而在线圈中产生感应电动势 e 。 （3）磁电式扭矩传感器 ω 0 u1 u2 测量仪表 u1 u2 1 2 3 1-齿轮圆盘 2-扭转轴 3-磁电传感器 2. 变磁通式 在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘．它们旁边装有相应的两个磁电传感器．磁电传感器的检测元件部分由永久磁铁、感应线圈和铁芯组成．永久磁铁产生的磁力线与齿轮圆盘交接．当齿轮圆盘旋