磁电式传感器工作原理详解

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：根据上述工作原理，可将磁电式传感器分为恒磁通式和变磁通式两大类。

根据法拉第电磁感应定律：N匝线圈在恒定磁场中做切割磁力线运动或线圈所在磁场的磁通发生变化时，线圈中所产生的感应电动势e由式（2-56）给出：

pagenumber_ebook=47,pagenumber_book=41

当线圈垂直于磁场方向运动时，若以线圈相对磁场运动的速度V或角速度ω 表示，则式（2-56）可写成

或

式中　L——每匝线圈的平均长度；

B——线圈所在磁场的磁感应强度；

S——每匝线圈的平均截面积。

当传感器确定好后，结构参数确定，N、B、L、S均为定值，因此感应电动势e与线圈和磁场的相对速度V（或ω）成正比。

根据上述工作原理，可将磁电式传感器分为恒磁通式和变磁通式两大类。

1.恒磁通式传感器

恒磁通式传感器是指在测量过程中，传感器的线圈部分相对于永磁体位置发生变化而实现测量的一类磁电式传感器。其结构原理如图2-41所示，根据运动部件的不同，又分为动圈式和动铁式两种类型。其磁路系统都产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙都固定不变，因而气隙中磁通也都是恒定不变的。

图2-41（a）为动圈式结构原理图，永久磁铁与传感器壳体固定，线圈和金属骨架用柔软弹簧支承。图2-41（b）所示为动铁式结构原理图，线圈和金属骨架与壳体固定，永久磁铁用柔软弹簧支承。两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼，所谓动圈、动铁都是相对于传感器壳体而言。

动圈式和动铁式的工作原理完全相同：当把传感器与被测振动物体绑定在一起，壳体便随着振动物体一起振动。由于弹簧较软，而运动部件质量又较大，因此当被测振动物体的振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件会由于惯性很大而来不及与物体一起振动，几乎静止不动，振动能量几乎全部被弹簧吸收，于是永久磁铁与线圈之间的相对运动速度近似于振动物体的振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势。

pagenumber_ebook=48,pagenumber_book=42

图2-41　恒磁通式磁电传感器结构原理图

1—金属骨架；2—线圈；3—弹簧；4—壳体；5—永久磁铁

恒磁通磁电式传感器的频响范围一般为几十赫兹至几百赫兹，低的可到10 Hz左右，高的可达2 kHz左右。

2.变磁通式传感器

变磁通式传感器又称为变磁阻磁电感应式传感器或变气隙磁电感应式传感器，主要是通过改变磁路磁通的大小来产生感应电动势进行测量。

如图2-42所示为测量旋转物体角速度的磁电式转速传感器，其结构有两种形式：开磁路式和闭磁路式。它们都包括两部分：一是固定部分，包括永磁磁铁、感应线圈和软铁制成的极靴；二是可动部分，主要由转轴和测量轮组成。

它们的工作原理都是：当被测旋转体旋转时，测量轮与软铁间的间隙大小不断发生变化，从而使线圈中的磁通不断变化，在线圈中产生感应电动势。图2-42（a）所示为开磁路变磁通式，测量轮为齿轮，其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。图2-42（b）所示为闭磁路变磁通式，图中测量轮为椭圆形测量轮，其频率与测量轮的转速成正比；测量轮也可以做成齿轮，软铁制成内齿轮形式，内外齿轮齿数相同。

pagenumber_ebook=49,pagenumber_book=43

图2-42　变磁通式磁电传感器结构图

1—转轴；2—测量轮；3—感应线圈；4—软铁；5—永久磁铁

变磁通式传感器对环境条件要求不高，能在－150～＋90 °C的温度下工作，不影响测量精度，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高，约为50 Hz，上限可达100 kHz。

磁电式传感器工作原理详解

相关推荐