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磁电式传感器原理结构

点击次数:145 发布时间:2020-05-08

磁电式传感器

磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入的运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它直接将被测物体的机械能量转换成电信号输出,工作不需要外加电源,是一种典型的无源传感器。由于这种传感器输出功率较大,因而大大地简化了配用的二次仪表电路。

磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器, 它只适合进行动态测量。由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;

原理结构

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利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。根据电磁感应定律,当W匝线圈在均恒磁场内运动时,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:

根据这一原理,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。

变磁通式结构

(a)旋转型(变磁)); (b)平移型(变气隙)

其中永jiu磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5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。

变磁式结构变磁式结构

在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永jiu磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种,如下图所示。

恒磁通式结构 (a)动圈式;(b)动铁式

图中的磁路系统由圆柱形永jiu磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。气隙中的磁场均匀分布,测量线圈绕在筒形骨架上,经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。

当线圈与磁铁间有相对运动时,线圈中产生的感应电势e为

式中 B——气隙磁通密度(T);

l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度)

v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。

当传感器的结构确定后,式(5-2)中B、la、W都为常数,感应电势e仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为

为提高灵敏度,应选用具有磁能积较大的永jiu磁铁和尽量小的气隙长度,以提高气隙磁通密度B;增加la和W也能提高灵敏度,但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。

为了保证传感器输出的线性度,要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸,以满足传感器基本性能要求。

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