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I0
E RRf
B0Lv
RRf
式中: Rf ——测量电路输入电阻;
R —— 线圈等效电阻。
传感器的电流灵敏度为
SI
I v
B0LW RRf
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
U0 I0Rf
B0LwvfR RRf
SU
U0 B0LwRf v RRf
三、 测量电路
磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高 的灵敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是 速度传感器, 若要获取被测位移或加速度信号, 则需要配用积 分或微分电路。 图为一般测量电路方框图
γt ≈(-4.5%)/10 ℃
这一数值是很可观的, 所以需要进行温度补偿。 补偿通 常采用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特 殊磁性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路 掉一小部分。当温度升高时, 热磁分流器的磁导率显著下降, 经它分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降 低, 从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化, 维持传感器灵 敏度为常数。
1. 非线性误差
磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是: 由于传感器线圈内有电
流I流过时, 将产生一定的交变磁通ΦI, 此交变磁通叠加在永久磁铁所产生 的工作磁通上, 使恒定的气隙磁通变化
如图所示。 当传感器线圈相对于永久 磁铁磁场的运动速度增大时, 将产生较大的 感生电势E和较大的电流I, 由此而产生的附 加磁场方向与原工作磁场方向相反, 减弱了 工作磁场的作用, 从而使得传感器的灵敏度 随着被测速度的增大而降低。
磁路系统产生恒定的直流磁场, 磁路中的工作气隙固定不 变, 因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈 （动圈式a）, 也可以是磁铁（动铁式b）, 二者的工作原理是 完全相同的。 当壳体随被测振动体一起振动时, 由于弹簧较 软, 运动部件质量相对较大。当振动频率足够高（远大于传感 器固有频率）时, 运动部件惯性很大, 来不及随振动体一起振 动, 近乎静止不动, 振动能量几乎全被弹簧吸收, 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, 从而产生感应电势为
为补偿上述附加磁场干扰, 可在传感器 中加入补偿线圈。 补偿线圈通以经放大K 倍的电流, 适当选择补偿线圈参数, 可使其 产生的交变磁通与传感线圈本身所产生的 交变磁通互相抵消, 从而达到补偿的目的。
2. 温度误差
当温度变化时, 对铜线而言每摄氏度变化量为 dL/L≈0.167×10-4, dR/R≈0.43×10-2 , dB/B每摄氏度的变化量 取决于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金, dB/B≈0.02×10-2, 因此
EB0Lv
式中: B0 ——工作气隙磁感应强度; L ——每匝线圈平均长度;
——线圈在工作气隙磁场中的匝数;
v ——相对运动速度。
线速度型应用实例
工业测振动 microphone
角速度型应用实例
测速电机
2.变磁通式
图a为开磁路变磁通式: 线圈、 磁铁静止不动, 测量齿轮 安装在被测旋转体上, 随之一起转动。每转动一个齿, 齿的凹 凸引起磁路磁阻变化一次, 磁通也就变化一次, 线圈中产生感 应电势,其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。 这种传感器结构简单, 但输出信号较小, 且因高速轴上加装齿 轮较危险而不宜测量高转速。
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。 该传感器测量的是振动
速度参数, 若在测量电路中接入
积分电路, 则输出电势与位移成
正比; 若在测量电路中接入微分
电路, 则其输出与加速度成正比。
2. 磁电式扭矩传感器
图为磁电式扭矩传感器的工作原理图。 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。传感器的检测元件部分由永久磁场、感应线圈和 铁芯组成。 永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆 盘旋转时, 圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化, 于是磁通量也发生 变化, 在线圈中感应出交流电压, 其频率等于圆盘上齿数与转数 乘积。
四、应用举例
工作时, 传感器与被测物体刚
性连接, 当物体振动时, 传感器
1. 动图圈为式动振圈动式速振度动传速感度器传感器结构外示壳意和图永。久磁其铁结随构之主振要动,由而钢架 制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱空形的永芯轴久、磁线铁圈与和外阻壳尼环固因定惯成性 一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小而孔不的随芯之轴振两动端。架因起而线, 圈磁和路空 阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架气空隙且中的与线外圈壳切相割连磁。力线而产生
a）开磁路
b）闭磁路
b）闭磁路
变磁通应用实例：车速传感器
特点 对环境条件要求不高 能在-150＋90℃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50Hz，上限可达 100Hz。
二、基本特性
当测量电路接入磁电传感器电路中, 磁电传感器的输出
电流 Io为
第五章 磁电式传感器
前言 5.1 5.2霍尔式传感器 磁栅式传感器（简介）
磁电式传感器主要包括磁电感应式传感器、 霍尔式传感器两种。本章主要介绍其工作原理、 性能及特点；
首先来看一个利用霍尔式传感器将非电量 转化为磁场变化，从而进行测量的例子。
与电感式微压力传感器具有类似结构。
一、工作原理
根据电磁感应定律, 当匝线圈在恒定磁场内
运动时, 设穿过线圈的磁通为Φ, 则线圈内的感应电 势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:
E d
dt
BSco s
根据这一原理, 可以设计成两种磁电传感器结 构：变磁通式和恒磁通式。
恒 动圈式
磁 电
磁 通 动铁式
感
应 式 变 开磁路
磁 通 闭磁路
线速度型 角速度型
1.恒磁通式
图为恒磁通式磁电传感器典型结构，它由永久磁铁、线 圈、弹簧转轴上的内齿轮和外齿 轮、永久磁铁和感应线圈组成, 内外齿轮齿数相同。 当转轴 连接到被测转轴上时, 外齿轮不动, 内齿轮随被测轴而转动, 内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化, 从而引 起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期性变化的感生电动 势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。
