机车电器 传感器概述 传感器.pptVIP

一、概述 (一)传感器的定义和分类 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。它获取的信息可以为各种物理量、化学量和生物量，转换后的信息也可以有多种形式。目前的传感器大多为电信号，因此，从狭义上讲，传感器也可定义为把外界的输入信号转换成电信号的装置。 传感器是自动化系统中不可缺少的元件。它连接被测对象和测试系统，提供系统进行处理和决策所必需的原始信息。显然，一个自动化系统首先要检测到信息才能去进行自动控制，如果传感器不能获得信息，或者获得的信息不确切，或者不能把信息精确地转换成电信号，那么，要显示、处理这些信号就会非常困难，甚至没有意义。所以，传感器关系着一个测量系统或自动化系统的成败。 随着电子计算机、生产过程自动化、生物医学、环保、能源、海洋开发、遥感、遥测、宇航等科学技术的发展，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行，都广泛采用了各种传感器。 四　传感器 由于应用的对象、测量的范围、周围的环境等不同，需用的传感器也不一样，因此，传感器的种类很多。目前，传感器常用的分类方法有以下两种： 1．按被测物理量划分 (1)位移传感器：用于长度、厚度、应变、振动、偏转角等参数的测量。 (2)速度传感器：用于线速度、振动、流量、动量、转速、角速度、角动量等参数的测量。 (3)加速度传感器：用于线加速度、振动、冲击、质量、应力、角加速度、角振动、角冲击、力矩等参数的测量。 (4)力、压力传感器：用于力、压力、重量、力矩、应力等参数的测量。 四　传感器 2．按工作原理分 (1)电阻式传感器 利用移动电位器触点改变电阻值或改变电阻丝或片的几何尺寸的原理制成，主要用于位移、力、压力、应变、力矩、气流流速和液体流量等参数的测量。 (2)电感式传感器 利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感和互感的电感量或压磁效应原理制成，主要用于位移、力、压力、振动、加速度等参数的测量。 (3)电容式传感器 利用改变电容的几何尺寸或改变电容介质的性质和含量，从而改变电容量的原理制成，主要用于位移、压力、液体、厚度、含水量等参数的测量。 (4)谐振式传感器 利用改变机械的或电的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用于测量压力。 (5)电势型传感器 利用热电效应、光电效应、霍尔效应、电磁感应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、电压、速度、光强、热辐射等参数的测量。 (6)电荷式传感器 利用压电效应原理制成，主要用于力、加速度的测量。 (7)光电传感器 利用光电效应和几何光学原理制成，主要用于光强、光通量、位移等参数的测量。 (8)半导体传感器 利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应，与气体接触产生性质变化等原理制成，多用于温度、压力、加速度、磁场、有害气体和气体泄漏的测量。 四　传感器 (二)磁平衡式霍尔电传感器 磁平衡式霍尔电传感器是采用霍尔器件并引进瑞士LEM公司的技术－－磁平衡原理制成的电传感器。这种传感器随着8K车技术的引进并国产化后，现已在国产电力机车上批量运用。它适用于电力机车控制系统和其它控制系统的要求，是一种很有发展前途的控制元器件。 1．霍尔器件的工作原理 载流导体在磁场作用下，两端会产生电位差。 四　传感器 电位差的计算公式为 　　　 式中K-常数，即霍尔系数，由霍尔器件的材料确定；I-通过电流；B-磁场；U-霍尔电势。 利用霍尔电势的产生原理，现代科技已用半导体材料专门制成霍尔元件或称霍尔芯片，用于检测磁通。一般的霍尔芯片均有4根引线，其中2根引线为外加电压，提供电流，另2根引线为输出的霍尔电势。当外加电压、电流恒定时，输出的霍尔电势与磁场有良好的线性关系。 2．霍尔传感器的工作原理 霍尔传感器利用上述霍尔元件的工作原理，特别是输出霍尔电势与磁场的线性关系，并运用磁平衡技术而制成。 霍尔芯片置于聚磁铁心的气隙中。原边主电流回路所产生的磁场与副边电流回路产生的磁场方向相反，互相抵消，使霍尔芯片处于检测零磁通的状态。当主电路产生的磁场导致聚磁环中的霍尔芯片产生霍尔电压时，霍尔电压使得电子放大器相应的功率管导通，并根据霍尔电压的数值提供相应的补偿电流。副边电流产生的磁场抵消原边电流产生的磁场，直至霍尔电压为零，从而达到磁回路平衡，霍尔芯片又工作在零磁通状态。 这里，平衡的建立是在瞬间完成的，且平衡后又会出现新的不平衡，因此是一个瞬间的动态平衡过程。因磁路为零磁通，可以保证原边电流与副边电流是线性关系，测量副边数值就可得到原边主电流。 四　传感器 3．霍尔传感器的特点 基于上述原理，磁平衡霍尔传感器有着如下特点： (1)可以测量任意波形的电流和电压，直流、交流脉动波形。因工作在零磁通状态，已不受磁饱和的影响，可以真实地反应各种原边电流的波