第8章速度传感器 《传感器技术知识与应用》课件.pptVIP

第8章 速度传感器及其应用案例 第8章 速度传感器及其应用案例 8.1 磁电感应式速度传感器 8.2 测速发电机 8.3 霍尔式转速传感器 8.4 涡流式转速传感器 8.5 超声波速度传感器 8.6 光电式转速传感器 8.7 转速检测与控制系统应用案例 返回主目录 8.1 磁电式速度传感器 8.1.1 磁电式速度传感器的工作原理 磁电式速度传感器是利用法拉第电磁感应定律制作的一种传感器，它的工作原理如图8-1所示。 图8-1 磁电式速度传感器的工作原理 根据法拉第电磁感应定律，线圈中所产生的感应电动势e，其大小取决于穿过线圈磁通量φ的变化率，即 当线圈沿垂直于磁场方向运动时，设线圈相对于磁场运动的速度为υ或角速度为ω，则上式可写成 (8-2) (8-1) 当传感器的结构确定后，B、l、N、S均为定值，由式(8-2)可知，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度（υ或ω）成正比。只要能测量出感应电动势e的大小，就能计算出运动速度υ或ω，这就是磁电式传感器的测量原理。 8.1.2 磁电式速度传感器的类型 　　根据上述原理，人们设计出两种磁电式速度传感器：即恒磁通式和变磁通式。 1.恒磁通式 恒磁通式磁电速度传感器的典型结构主要是由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架和壳体等组成。其运动部分可以是磁铁，也可以是线圈。因此它又分为动圈式（见下图8-2(a)）和动铁式（见下图8-2(b)）两种结构类型，但它们的工作原理是完全相同的 。 将它的壳体固定在被测振动物体上。当物体振动时，线圈切割磁力线产生感生电动势为 (8-3) 图8-2 恒磁通式磁电速度传感器的结构 8.1.3 常见磁电式速度传感器的应用 1.磁电式振动速度传感器 现以CD-1型振动速度传感器为例介绍它的结构和工作原理。它属于动圈式恒磁通型，其结构如图8-4所示。 图8-4 CD-1型振动速度传感器 使用时将传感器固定在被测振动物体上，永久磁铁、铝架和壳体一起随被测物体振动，由于质量块有一定质量，产生惯性力，而弹簧片又非常柔软，因此当振动频率远大于传感器固有频率时，线圈在磁路系统的环形气隙中相对永久磁铁运动，以振动物体的振动速度切割磁力线，产生感应电动势。显然，这个感应电动势与物体的振动速度成正比。通过引线9接到测量电路，就可以测量计算出物体的振动速度。 2.磁电感应式转速传感器 图8-5是一种磁电感应式转速传感器的结构原理图。测量转速时，传感器的转轴1与被测物转轴相连接， 当被测物体转动时，就会在线圈中感应出近似正弦波的电压信号，其频率与转速成正比。通过测量电路把频率测量出来，就可计算出转速。 图8-5 磁电式转速传感器 　　由磁电感应原理可知，磁电式速度传感器只适用于动态测量，它能直接测量的是振动物体的速度或旋转体的角速度。但如果在测量电路中接入积分电路或微分电路。那么，它也可用来测量(角)位移或(角)加速度，见图8-6所示。 图8-6 磁电式传感器测量位移和加速度电路方框图 8.2 测速发电机 测速发电机是一种能测量转速的微型发电机，根据测速发电机发出的电压类型，测速发电机又分为直流和交流两大类。下面介绍它们的测速原理。 8.2.1 直流测速发电机 直流测速发电机按定子磁极的励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。永磁式直流测速发电机的测速原理如图8-7所示。 图8-7 直流测速发电机的测速原理 可以证明，在恒定的磁场Ф0中，测速发电机转轴带动电枢以转速n旋转时，电枢绕组切割磁力线，从而在电刷间产生感应电动势E0为 (8-6) 式中Ce称为电动势常数，它是由测速发电机结构决定。 若电枢电阻为Ra，负载电阻为RL，不计电刷与换向器间的接触电阻，则直流测速发电机的输出电压U为 式中 称作直流测速发电机的灵敏系数 8.2.2 交流测速发电机 交流测速发电机有同步测速发电机和异步测速发电机两种。交流异步测速发电机由定子和转子两部分组成。 图8-9 空心杯形异步测速发电机结构 其中，在定子上嵌放着两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为输出绕组，它们在空间上互差90°电角度。按其转子结构又有鼠笼形和空心杯形两种，空心杯形的结构如图8-9所示。 异步测速发电机的测速原理如图8-10所示。由于励磁绕组D置于d轴上，输出绕组Q置于与d轴垂直的q轴上； 图8-10 异步测速发电机的测速原理 当转子不动时，输