磁电式传感器也称磁感应式传感器,通过磁电效应将被测物理量的变化转换为电信号。根据法拉第电磁感应定律:通过回路所包围的面积的磁通量发生变化时,回路中产生的电动势e与磁通量Φ相对时间的变化率成正比。具有W匝线圈的感应电动势为
式(2-20)中的负号表示感应电动势的方向与磁通量的变化相反。对于磁电式传感器,通常使其磁动势保持不变,通过线圈的运动(动圈式)或改变磁路的磁阻(磁阻式)的方式使磁通量发生变化,以使线圈产生相应的感应电动势。
1.动圈式磁电传感器
动圈式磁电传感器将被测物理量转换为感应线圈的移动,使通过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势。根据线圈移动的方式不同,动圈式传感器有线位移(线速度)型和角位移(角速度)型两种,如图2-36所示。
(1)线速度型
当线圈随被测量在磁场中作直线运动时(图2-36a),通过线圈的磁通量发生变化,线圈的感应电动势e为
e=WBlVsinθ (2-21)
式中 W——线圈的有效匝数;
B——磁场的磁感应强度;
l——单匝线圈的长度;
V——线圈运动速度;
θ——线圈运动方向与磁场方向
的夹角,通常θ=π/2。
图2-36 动圈式磁电传感器
a)线位移型 b)角位移型
1—线圈 2—永久磁铁 3—导磁板
由于传感器线圈的匝数W、单匝线圈的长度l及磁感应强度B等均为定值,因而感应线圈的电动势e只与线圈的直线运动速度V成正比关系。
(2)角速度型(www.xing528.com)
当线圈随被测量在磁场中作旋转运动时(图2-36b),通过线圈的磁通量发生变化,线圈的感应电动势e为
e=WBAω (2-22)
式中 W——线圈的有效匝数;
B——磁场的磁感应强度;
A——单匝线圈的截面积;
ω——线圈运动速度。由于W、A、B等均为定值,因而感应线圈的电动势e只与线圈的角速度ω成正比关系。
2.磁阻式磁电传感器
磁阻式磁电传感器将被测物理量转换为磁路磁阻的变化,使通过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势。磁阻式传感器磁路的磁阻大小主要取决于磁路中空气隙的大小,改变磁路中的空气隙的方式有导磁体运动和铁心运动两种方式。图2-37所示的是通过导磁体运动来改变空气隙大小,图2-37a为导磁块作直线运动,用于测量线速度,图2-37b则是导磁转子作旋转运动,可测量角速度。
磁阻式传感器的线圈、永久磁铁及铁心等固定不动,导磁块或导磁转子随被测物理量的变化作直线运动或旋转动时,磁路的磁阻因空气隙的变化而改变,使通过线圈的磁通量改变而产生感应电动势。
图2-37 变磁阻式磁电传感器
a)导磁块式 b)导磁转子式
导磁块作直线运动的磁阻式传感器通常用于测量振动、加速度等物理量,导磁转子作旋转运动的磁阻式传感器产生脉冲式电信号,用于计数、测量转速等。
3.磁电式传感器的特点与应用
(1)磁电式传感器的特点
磁电式传感器结构简单,工作可靠,在工程测量和自动控制系统中应用较为广泛。磁电式传感器的特点是只能用于动态测量,如果被测对象的速度(V、ω)太低,传感器感应线圈产生的感应电动势e太弱,也不能进行测量。
(2)磁电式传感器的应用
磁电式传感器在汽车上应用较多,例如:磁电式发动机转速与曲轴位置传感器、磁电式转向盘转角传感器、磁电式车身振动传感器、磁电式车轮转速传感器、磁电式发动机爆燃传感器等。
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