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传感器及检测技术速度检测速度检测录7-电涡流传感器用于转速检测2 汽车行车速度检测3三磁电式传感器用于转速检测4四光电传感器用于转速检测速度检测学习目标 能认识、了解检测速度的传感器器件，了解它们的特点 和性能。能理解电涡流传感器的工作原理、测量电路及应用电路。能掌握霍尔传感器的工作原理和应用。了解磁电式传感器的工作原理和它的特点。能理解变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理和应 用。掌握光电效应的三种类型和常用光电传感器的工作原理。掌握光电传感器的组成及理解光电传感器的应用电路。速度检测在各种车辆的运转、机械设备的运行中，都需要对旋转轴的转速进行 测量，转速一般以每分钟的转数来表达，单位为r/min。测量速度的方法 很多，通常有霍尔传感器测速、电涡流测速、磁电感应测速、光电测速、光电编码器数字测速和测速发电机模拟测速等。这里介绍几种主要的转速 测量方法。-电涡流传感器用于转速检测提出机械设备的运行中，有大量涉及转轴的转速测量。当被测对象是导电良好 的金属物体时，一般可选用电涡流传感器进行测速。图2-1转速测量-电涡流传感器用于转速检测相关知识基于法拉第电磁感应原理，将块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中 作切割磁力线运动时，导体内会产生呈涡旋状的感应电流，该电流称为电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，使产生磁场的线圈阻抗发生变化的物理 现象称为电涡流效应。电涡流式传感器就是利用电涡流效应，将非电量转换成 阻抗的变化而进行测量的一种传感器。-电涡流传感器用于转速检测-电涡流传感器外形结构和性能指标-）电涡流传感器的外形图2-2电涡流传感器外形-电涡流传感器用于转速检测-电涡流传感器外形结构和性能指标电涡流式传感器的结构678图2-3电涡流传感器的结构1一电涡流线圈；2壳体；3壳体上的位置谢节螺纹；4一印制线路板；5夹持螺母;6电源指示；7-阈值指示灯；8-输出屏蔽电缆线；9一电缆插头-电涡流传感器用于转速检测-电涡流传感器外形结构和性能指标（三）V系列电涡流传感器性能指标线性距离：2Tomm。精度：1.0%。响应时间：5mso工作电压：15-30V DCO输出电压：0.1VDC。输出电流：45mA。静态功耗：40.8W。环境温度、湿度：-25 75、9 5%RH（25时）。使用寿命：10000ho-电涡流传感器用于转速检测二、电涡流传感器的工作原理如图2.4所示，在金属导体上方放置一个线 圈L,当线圈中通以电流小时，线圈的周围空间 就产生了交变磁场H1.,在金属导体内就会产生 电涡流12,由12图2-4电涡流传感器原理图-电涡流传感器用于转速检测三、高频反射式电涡流传感器高频反射式电涡流传感器的结构如图23所示，在线圈前面放一块金属导 体，电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是非接触磁性耦合。当高频电流 施加在电感线圈上时，线圈产生的高频磁场作用于被测金属导体表面，形成 电涡流，电涡流产生的磁场又反作用于线圈，从而改变了线圈的阻抗。线圈 阻抗由线圈与金属导体的距离决定。通过测量线圈阻抗的变化就可确定电涡 流传感器探头与金属板之间的距离。被测物的电导率越高，传感器的灵敏度 越高。-电涡流传感器用于转速检测四低频透射式电涡流传感器彳氐频透射式电涡流传感器采用彳氐频激励,贯穿深度较大，适合测量金属材料的厚度。其工作原理如图25所示。图中发射线圈L工和接收线圈L2分别位于被测金属板的两侧。当振荡器产 生的低频电压必加到线圈L工上时，在其周围产生一个交变磁场。若两线圈间 无金属导体，则L工产生的磁力线能较多地穿过L2,在L2上产生的感应电压U2 最大。-电涡流传感器用于转速检测四、低频透射式电涡流传感器图2-5低频透射式电涡流传感器 测厚原理示意图-电涡流传感器用于转速检测五.电涡流传感器的测量电路(-)电桥测量电路电桥测量电路如图26所示，它是将传感器线圈的阻抗作为电 桥的一个桥臂，或用两个相同的电涡流线圈组成差动形式。初始状 态电桥平衡，无输出。当测量时，线圈阻抗A、B发生差动变化，电桥失去平衡，输出电压的大小反映了被测量的变化。-电涡流传感器用于转速检测五.电涡流传感器的测量电路图2-6 电桥测量电路图-电涡流传感器用于转速检测五.电涡流传感器的测量电路定频调幅测量电路定频调幅测量电路原理如图27所示。传感器线圈L和电容C并联组 成谐振电路，由石英晶体振荡电路提供一个稳定的高频激励电流i。图2-7调幅式测量电路-电涡流传感器用于转速检测五.电涡流传感器的测量电路调频式测量电路原理如图28所示。传感器线圈接入LC振荡回路，当传感 器与被测导体距离x改变时，由于电涡 流的影响，L改变，将导致振荡器频率 f=12nL(x)C跟随改变。该频率可由 数字频率计直接测量或通过频率电压 变换后，再由电压表测得。频率计图2-8调频式测量电路压力表-电涡流传感器用于转速检测-合理选择电涡流传感器旋转轴的转速测量，实际是检测电涡流传感器线圈与被测齿盘凹 凸之间的间距的变化，根据电涡流式传感器的相关知识，可选用高频 反射式电涡流传感器。-电涡流传感器用于转速检测二、正确使用电涡流传感器(-)电涡流传感器测速原理电涡流传感器测量旋转轴转速的工作原理如图2-9所示，它由输入 盘、电涡流传感器和测量电路等组成。由软磁性材料做成的输入盘上 开有键槽，在距离输入盘表面d处放置电涡流传感器，输入盘与被测 旋转轴相连。-电涡流传感器用于转速检测二.正确使用电涡流传感器【-）电涡流传感器测速原理振荡器高频放大器检波器电涡流传感器测量旋转轴转速原理图整形电路-电涡流传感器用于转速检测二、正确使用电涡流传感器0电涡流传感器测速注意点使用电涡流式传感器测距，传感器线圈仅为实际测试系统的一部分,另一部分是被测体，因此在使用时必须注意线圈与被测导体的关系。L被测导体厚度的选择高频反射式电涡流传感器测距时，应使导体厚度远大于电涡流的轴 向贯穿深度；彳氐频透射式电涡流传感器测厚时，应使导体厚度小于电涡 流的轴向贯穿深度。-电涡流传感器用于转速检测 蛀二、正确使用电涡流传感器二）电涡流传感器测速注意点2.励磁电源频率的选择低频透射式电涡流传感器测厚时，由于电涡流的贯穿深度t符合下式:-电涡流传感器用于转速检测二、正确使用电涡流传感器二）电涡流传感器测速注意点3.被测导体材料与大小的确定线圈阻抗变化与导体的电导率、磁导率等有关。对于非磁性材料，被测体的电导率越高，灵敏度越高；而对于磁性材料，磁导率将影响线 圈的阻抗。-电涡流传感器用于转速检测二、正确使用电涡流传感器二）电涡流传感器测速注意点4.电涡流传感器的确定电涡流传感器的线圈外径越大，线性范围越大，但灵敏度越低，分 辨率越差。-电涡流传感器用于转速检测二、正确使用电涡流传感器（三）电涡流传感器使用注意事项安装探头时，应调节夹住位置，使位移变化不超出测量范围。被测轴表面应光滑、清洁，不能有缺陷。探头线圈要通入合适的高频电流。系统接线牢固，接触良好。-电涡流传感器用于转速检测其它案例(-)测量转轴的振动和偏心轴的振动和偏心会影响零件的加工 精度，因此要对振动和偏心进行检测，转轴的振动和偏心测量如图2no所示。图2-10转轴的振动和偏心测量-电涡流传感器用于转速检测其它案例（二）测量振幅、波动和弯曲等图2-11测量振幅、波动和弯曲示意图 1一被测物;2电涡流传感器-电涡流传感器用于转速检测其它案例（三）高频反射式电涡流测厚仪低频透射式电涡流传感器可以用于测量厚度，高频反射式电涡流传感 器也可以用来测量厚度。如图212所示为高频反射式电涡流测厚仪的原 理框图。图2-12高频反射式电涡流测厚仪原理框图-电涡流传感器用于转速检测其它案例液位监控系统如图213所示为电涡流传感器构成的液位监控系统。由浮筒与杠杆 带动涡流板上下移动，涡流板与电涡流传感器的间距发生变化，从而使 传感器发出信号控制电动泵的开启来保持一定高度的液位。图2-13液位监控系统-电涡流传感器用于转速检测其它案例（五）安检门安检门是一种检测通过人员是否携带 金属物品的探测装置，又称金属探测门，它的示意简图如图2.工4所示，主要应用 于机场、车站、海关和大型会议等重要 场所，用来检查通过人员隐藏的金属物 品，如枪支、管制刀具等。图2-14安检门示意图1一指示灯；2隐蔽金属物体；3内藏电涡流线圈;4图像处理系统；5显示器-电涡流传感器用于转速检测其它案例（六）测量温度由于在较小的温度范围内，导体的电阻率与温度之间有如下的关系:pi=11+to)1-电涡流传感器用于转速检测训练一下在实训室借助电涡流传感器及测量模块、安装有测速齿盘的电机、调节电机转速的变频器、计数器（或示波器）、电源等器件和设备，试着连 接电路并进行测速。-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移（二）需用器件与单元CSY-2000传感器与检测技术实验台。（+15V电源，数显电压表）电涡流传感器实验板。电涡流传感器。测微头。铁圆片。-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移（三）实验原理探头线圈通入高频电流，产生磁场，当有被测导体接近时，导体 内的涡流效应产生涡流损耗，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的 距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移）实验步骤根据图217所示安装电涡流传感器。图2-17电涡流传感器安装示意图-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移）实验步骤根据图2工8所示进行实验连线:+15 V+15 V接主控箱电源输出接主控箱数显表图2-18电涡流传感器实验接线图-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移)实验步骤(a)将+I5V电源接入模板。(b)将模板输出电压VO接到数显电压表上。(c)将模板上高频电流接入电涡流线圈中。打开主控台电源。-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移）实验步骤使测微头与传感器线圈顶部接触，记录数显表的示数，然后每隔 0.5mm读一个数，记入表2-1,直到输出几乎不变为止。表2-1电涡流传感器位移x与输出电压U的实验数据x/mmU/V-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移（五）实验数据分析根据表2工数据，画出Ux曲线。计算量程为工mm、3mm和5mm时的灵敏度和线性度。由实验结果分析电涡流传感器是如何测量轴的振动和偏心的。-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移（六）被测体材质对电涡流传感器特性的影响将上述被测体铁圆片分别换成铜圆片和铝圆片，重复实验过程,实验数据分别记入表22和表23。表2-2被测体为铝圆片时的位移x与输出电压U的实验数据jr/mmU/V表2-3被测体为铜圆片时的位移x与输出电压U的实验数据7/mmU/V-电涡流传感器用于转速检测用电涡流传感器检测位移（六）被测体材质对电涡流传感器特性的影响 由表2-2和表2-3分别计算量程为工mm、3mm和5mm时的灵敏度和线性度。比较三种被测体的实验结果。二汽车行车速度检测提出在汽车中，行车速度是一个很重要的参数。一般汽车发动机中 都安装有速度传感器，输出的速度信号输入速度表、里程表指示，并用它来进行汽车的牵引控制、导航系统、发动机和变速箱的管理 等。一般可使用霍尔传感器。二汽车行车速度检测相关知识霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器，是目前应用最为广 泛的一种磁电式传感器。它可以用来检测磁场、微位移、转速、流 量、角度，也可以用于制作高斯计、电流表、接近开关等。二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能-）霍尔传感器的外形(a)(b)(c)图2-19霍尔传感器的外形图（a）霍尔元件（b）霍尔接近开关（c）霍尔电流传感器二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能图2-20 霍尔元件（a）霍尔片（b）外形（c）符号二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能霍尔接近开关介绍1.特点霍尔接近开关具有响应频率高，重复定位精度高，抗干扰能力 强，多种保护功能，有工作状态指示灯，可以和控制器（PC）直接 接口，可靠性高和使用寿命长等特点。二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能=)霍尔接近开关介绍参数/型号JK JB JZ5OO2C8OO2C5002D8002D5020D8020D5050D8050D8100D电源电压/V5248-30负载电流/mA202005001 000工作距离/mm578115-78115-781157811811输出低电平/V40.40.5(1.0响应频率/kHz10050定位精度/mm0.02指示灯N/YYYY极性和浪涌保护NNYY过热保护YYYY输出方式NPNNPN/PNP工作温度/(I-40-+125-25+85二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能三）霍尔接近开关介绍3.使用要点配套磁钢：采用8x4轨铁硼磁钢S面（表面磁感应强度为0.3T接线方式：红线：电源（Vcc）；黄线：输出（VOUT）；黑线:)o地线(GND)o二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能（三）霍尔接近开关介绍3.使用要点接线图：如图22工所示。NPN输出接负载 PNP输出接负载 NPN型接数字电路NPN型接单向可控硅NPN型接双向可控硅图2-21霍尔接近开关的接线图二汽车行车速度检测-霍尔传感器的外形结构和性能（三）霍尔接近开关介绍3.使用要点触发方式：如图222所示。轴向接近口径向接近旋转式$遮断式UJn自锁式图2-22霍尔接近开关的触发方式二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理(-)霍尔效应霍尔传感器的工作原理是基于霍尔效应。工879年美国物理学家霍尔首先在 金属材料中发现了霍尔效应。所谓霍尔效应是置于磁场中的导体或半导体中流过电流时，若是没有磁场 的影响，则正电荷载流子能平稳地流过，此时输出端(从载流导体上平行于电 流和磁场方向的两个面引出)的电压为零。二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理(-)霍尔效应当加入一个与电流方向垂直的磁场时(图2-23),电荷载流子会由于洛伦兹力的作用而偏向一边，在输出端产生电压，即霍尔电压。这T象称为霍尔效应。图2-23 霍尔电压的产生二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理(-)霍尔效应当电流I通过N型半导体时，导电载流子为电子。在磁场B的作用下，电子受到洛 仑兹力的作用而偏向一侧(左手定则)。这样在两个侧面间产生了一个霍尔电场EH,该电场阻止电子的偏移，与洛仑兹力的作用力方向相反。最后电场力fE和洛仑兹力 fL达到动态平衡。二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理(-)霍尔效应洛仑兹力:/l=qpB式中，q为电子电荷量；口为电子运动速度；8为磁感应强度。而电场力：/e=Eh=qUn/b式中，EH为霍尔电场强度；UH为霍尔电压；b为霍尔片 宽度。二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理二）霍尔元件产生的霍尔电压大小的决定因素由于UH=KHIB,所以霍尔元件产生的霍尔电压主要由三个方面的因素决定:与电源提供的电流的大小有关。与霍尔元件所处磁场的强度有关。与霍尔元件的物理尺寸有关。霍尔电压是和元件厚度d成反比的，因此 霍尔元件一般制作得较薄。二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理（三）霍尔元件由于霍尔元件的灵敏度与材料的电阻率和电子迁移率（在单位电场强 度作用下，载流子的平均速度值）成正比。若要霍尔效应强，制造霍尔元 件材料的电阻率和电子迁移率要大。二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理对于金属导体，电子迁移率大，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极 高，但电子迁移率极小。两者都不适宜制作霍尔元件。只有半导体材料的 电阻率和电子迁移率适中，且N型半导体的电子迁移率大于P型半导体的电 子迁移率，因此一般用N型半导体制作霍尔元件。二汽车行车速度检测二、霍尔传感器的工作原理制作霍尔元件常用的材料有N型德、睇化锢、碑化锢、碑化钱及磷碑 化锢等。睇化锢产生的霍尔电势较大，但温度影响大；褚及碑化锢受温度 影响小，线性好，但霍尔电势小；碎化锡温度特性好,但价格贵；磷碎化 锢的温度特性最好。二汽车行车速度检测三、霍尔传感器的测量电路及补偿霍尔传感器的测量电路图2-24 霍尔传感器的测量电路二汽车行车速度检测三、霍尔传感器的测量电路及补偿二）温度误差及补偿由于霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。为了减小霍尔元件的温度误差，可采取：选用温度系数小的元件。采用恒温措施。采用恒流源供电。二汽车行车速度检测三、霍尔传感器的测量电路及补偿=）零位特性及补偿L零特性零位特性是在无外加磁场或无控制电流的情况下，元件产生输出电压的特性。2,零位误差零位误差是零位特性产生的误差。3.不等位电压不等位电压是霍尔元件的激励电流为额定电流IN而磁感应强度为零时，所测到 的空载霍尔电压U0。4 不等位电阻不等位电阻R0:R0=U0/INo二汽车行车速度检测三、霍尔传感器的测量电路及补偿三）零位特性及补偿不等位电压产生的主要原因：霍尔电极安装时不在同一个电位面上,两者之间存在不等位电阻，如图2-25所示。图2-25 不等位电阻的产生二汽车行车速度检测三、霍尔传感器的测量电路及补偿三）零位特性及补偿补偿方法：利用桥路平衡的原理来补偿，如图226所示。OIX工O图2-26桥路补偿电路二汽车行车速度检测四.霍尔集成传感器零位特性及补偿用集成电路技术，将霍尔元件、放大器、温度补偿电路、施密特触发器和 稳压电源等电路集成在一个芯片上，就构成了霍尔集成传感器。这种传感器具 有可靠性高、体积小、重量轻、功耗低、无温漂等优点。按照输出信号的形式,可分为开关型和线性型两种类型。二汽车行车速度检测四.霍尔集成传感器零位特性及补偿它的输出电压与外加磁场之间的关系如 图227所示，具有开关特性，但导通磁感应 强度和截止磁感应强度之间存在滞后效应，这一特性大大增强了电路的抗干扰能力，保 证开关动作稳定，不产生振荡现象。图2-27输出电压与外加 磁场的关系二汽车行车速度检测实施一、合理选择霍尔传感器的类型汽车发动机的转速测量是利用了霍尔传感器的开关特性，因此,宜选用霍尔开关集成传感器。二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器(-)霍尔传感器测量转速的方式L磁铁在霍尔元件上的测速方式齿盘装在被测轴上，随被测轴一起旋转，永久磁铁装在靠近齿盘 的侧面，磁铁N极与S极的距离等于齿距，霍尔元件粘贴在N极的端面,如图228a所示；或者将磁铁固定在霍尔元件的背面，如图228b所示。二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器(a)(b)图2-28 磁铁在霍尔元件上的霍尔转速传感器(a)霍尔元件粘贴在N极端面(b)磁铁固定在霍尔元件背面二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器【-）霍尔传感器测量转速的方式2,磁铁装在转盘上的测速方式等磁铁装在转盘上，转盘随被测轴转动，霍尔元件固定在转盘附 近，如图229所示。当小磁铁随转盘旋转通过霍尔元件时，霍尔元件 输出一个脉冲，只要检测出单位时间的脉冲数，就测出了转速。二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器I-）霍尔传感器测量转速的方式3图2-29磁铁在转盘上的霍尔转速传感器1输入轴；2转盘；3-磁铁；4窦尔元件二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器（二）霍尔传感器用于汽车发动机转速测量霍尔传感器用于汽车发动机测速的安装结构如图2-30所示。转速盘如图230a所示，由钢板制成，盘中有六个齿，其中一个为40。宽齿,其他五个为20。的窄齿。二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器（二）霍尔传感器用于汽车发动机转速测量如图2-30b所示，霍尔传感器和磁钢安装在铝块上，再固定在支架 上；转速盘与发电机安装在一起，随发电机转动，此时霍尔传感器输 出矩形脉冲信号，转一周输出六个脉冲。汽车转速越快，单位时间内 输出脉冲越多。二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器二）霍尔传感器用于汽车发动机转速测量图2-30汽车发动机的转速测量（a）信号盘结构图（b）相对位置安装二汽车行车速度检测二、正确使用霍尔传感器（三）霍尔传感器使用注意事项采用不同的磁铁，检测距离有所不同，建议采用的磁铁直径和检测对象的直径相等。当霍尔开关驱动感性负载时，要在负载两端并接续流二极管，避免 感性负载动作时的瞬态高压脉冲对输出级的冲击，以保护霍尔开关。为了保证不损坏接近开关，请务必在接通电源前检查接线是否正确,核定电压是否为额定值。二汽车行车速度检测其他案例(-)测量磁场当控制电流I恒定时，由于UH=KH旧，霍尔输出电压UH与磁感应强 度B成正比。霍尔传感器特别适用于微小气隙中的磁感应强度、高梯 度磁场参数等的测量。二汽车行车速度检测其他案例（二）测量压力如图231所示为霍尔传感器 测量压力的原理示意图，它是先 把压力转换成位移后，再应用霍 尔电压与位移关系来测量压力。图2-31霍尔压力传感器二汽车行车速度检测其他案例（三）霍尔接近开关用于计算机键盘早期的计算机键盘采用机械接触式按键，容易产生抖动噪声，影 响系统的可靠性。目前都使用无触点键盘开关，在每个键上都有两块 永久磁铁，当键按下时，磁铁的磁场作用在键下放的霍尔开关传感器 上，形成开关动作。由于霍尔开关传感器具有滞后效应，故工作十分 稳定可靠，且功耗低，使用寿命长。二汽车行车速度检测其他案例）霍尔电流传感器霍尔电流传感器的结构如图232所示。用一环形导磁材料制成磁 芯，套在被测电流流过的导线上（大电流）或通电导线绕在磁芯上（小电流），在磁芯上开一气隙，内置一个霍尔传感器。当导线中有 电流流过时，便在磁芯中感生磁场，霍尔元件受到磁场的作用，输出 霍尔电压。导线中电流越大，磁场越强，输出霍尔电压越大。由霍尔 电压的大小就可知电流的大小了。二汽车行车速度检测其他案例)霍尔电流传感器(a)通电导体(b)图2-32霍尔电流传感器结构示意图(a)测量小于25 A的电流(b)测量大于25 A的电流二汽车行车速度检测其他案例（四）霍尔电流传感器当磁场恒定时，霍尔电压与控制电流之间成线性关系，可用它直 接测量电流一钳形电流表，如图2-33所示。铁芯霍尔元件导线图2-33霍尔钳形电流表二汽车行车速度检测其他案例（五）霍尔开关电子点火器如图2.34所示为霍尔开关电子点火器分电盘及电路原理图，在分电盘上装几块磁钢，磁钢数与汽缸数相对应，在电盘上方安装霍尔开 关元件。当磁钢转到霍尔元件处时，输出一个脉冲，经放大升压送入 点火线圈，使火花塞产生火花放电，完成点火过程。二汽车行车速度检测其他案例（五）霍尔开关电子点火器霍尔传感器l og图2-34霍尔开关电子点火器二汽车行车速度检测训I练一下在实训室借助霍尔开关型传感器(UGN3020/3030)、电机及安装在电机上的测速齿盘、调节电机转速的变频器、数字频率计(或示 波器)和电源等器件和设备，试着按照图235所示连接电路并进行测 速。二汽车行车速度检测训练一下12 VUGN-3020/3030图2-35霍尔传感器测速电路二汽车行车速度检测实验二直流激励时用霍尔传感器检测位移（一）实验目的了解霍尔式位移传感器的原理与应用。（二）基本原理根据霍尔效应，霍尔电势UH=KH旧，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁 场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，这 样就可以进行位移测量。二汽车行车速度检测实验二直流激励时用霍尔传感器检测位移（三）需用器件与单元霍尔传感器实验模板，线性霍尔位移传感器，4V、I5V直流电源,测微 头，数显单元。（四）实验步骤按图236所示安装霍尔传感器,霍尔传感器与实验模板之间按图237所示 进行连接。工、3为电源4V输入，2、4为霍尔电压输出，R工与4之间的连线 可暂时不接。二汽车行车速度检测实验二图2-36霍尔传感器安装示意图二汽车行车速度检测实验二直流激励时用霍尔传感器检测位移连线插座编号图2-37霍尔位移传感器直流激励实验接线图二汽车行车速度检测实验二直流激励时用霍尔传感器检测位移开启电源，接入士工5V电源，将测微头旋至工0mm处，左右移动测微头使 霍尔片处在磁钢中间位置，此时数显表电压绝对值为最小，拧紧测量架顶部 的固定镶钉，接入R工与4之间的连线，调节RW2使数显电压表指示为零（数 显表置于2V挡）。旋转测微头，每转动工mm或2mm记下数字电压表的示数，并将读数填入 表24。将测微头回到工0mm处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表 24二汽车行车速度检测实验二直流激励时用霍尔传感器检测位移表2-4霍尔位移传感器位移量与输出电压的关系z/mm10U/mV二汽车行车速度检测实验二直流激励时用霍尔传感器检测位移（五）实验分析作出Ux曲线，计算不同线性范围时的灵敏度S和非线性误差讥三磁电式传感器用于转速检测相关知识测量机床等设备转轴的转速是一个很重要的，可以用多种速度传感器进行测速，本节介绍用磁电式传感器来测速。三磁电式传感器用于转速检测相关知识磁电式传感器也称电磁感应传感器，是利用导体与磁场发生相对运动而 在导体两端输出感应电势来进行测速的。它具有不需要供电电源、电路简单、性能稳定、输出阻抗小、输出电压 灵敏度高、一定的工作带宽(10 100Hz)等特点。根据电磁感应原理，该 类传感器仅适用于动态测量，被广泛用来测量转速、振动、扭矩等。三磁电式传感器用于转速检测-磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应原理。当匝数为N的线 圈在磁场中运动而切割磁力线，或通过闭合线圈的磁通量发生变化时，线 圈中将产生感应电势e,即：dN号dt三磁电式传感器用于转速检测-磁电式传感器的工作原理线圈直线运动切割磁力线当线圈在恒定均匀磁场中做直线运动并且切割磁力线时，会产生感应电势。若线圈运动方向与磁场方向如图238所示，B与v的夹角为6,则线圈的 磁通：=BS=Blx sin(9三磁电式传感器用于转速检测-磁电式传感器的工作原理线圈直线运动切割磁力线当线圈在恒定均匀磁场中做直线运动并且切割磁力线时，会产生感应电势。若线圈运动方向与磁场方向如图238所示，B与v的夹角为6,则线圈的 磁通：=BS=Blx sin(9三磁电式传感器用于转速检测-磁电式传感器的工作原理线圈直线运动切割磁力线式中，。为线圈运动方向与磁场方向的夹 角；B为磁感应强度；x为位移；I为线圈 的长度。三磁电式传感器用于转速检测-磁电式传感器的工作原理(-)霍尔效应线圈两端的感应电势:e=NBI 孚sin(9=NBlvsin 0 dt式中，N为线圈的匝数；v为线圈与磁场相对运动的速度。当6=90时：e=NBlv三磁电式传感器用于转速检测-磁电式传感器的工作原理二）线圈旋转切割磁力线当线圈旋转切割磁力线时，线圈两端的感应电势:ine=NBA sin(9=NB Aco sin d dt式中，。为线圈平面的法线方向与磁场方向的夹角；A为 线圈截面积；3为旋转运动角速度。当6=90时：e=NBAs=磁电式传感器用于转速检测二.变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器中产生磁场的永久磁铁和线圈都固定不动，通过磁 通。的变化产生感应电动势e。它要求被测物体或与被测物体连接部分用导 磁材料制成，当被测物体运动时，磁路的磁阻发生变化，使穿过线圈的磁通 量变化，从而在线圈中产生感应电势，所以变磁通式磁电传感器又称变磁阻 式，常用于角速度的测量。三磁电式传感器用于转速检测三、恒磁通式磁电传感器在这类磁电式传感器中，工作气隙中的磁通保持不变，线圈相对永久磁铁运动，并切割磁力线而产生感应电势。电式传感器用于转速检测实施一、合理选择磁电传感器的类型由上面的相关知识得知，磁电式传感器有变磁通式和恒磁通式两种类型。用于测速的传感器，一般使用变磁通式磁电传感器。三磁电式传感器用于转速检测二、正确使用变磁通式磁电传感器磁电式转速传感器的结构磁电式转速传感器根据磁路的不同，分成开磁路式和闭磁路式两种。如图2-39所示为两种磁电式转速传感器的结构示意图。开磁路式由固定不动的 永久磁铁、感应线圈、软磁材料和外壳等组成。齿轮安装在被测转轴上并随 转轴一起转动。闭磁路式由内外齿轮、线圈和永久磁铁等组成。三磁电式传感器用于转速检测二、正确使用变磁通式磁电传感器磁电式转速传感器的结构(a)图2-39变磁通式磁电转速传感器的结构图(a)开磁路式(b)闭磁路式1齿轮；2一线圈；3软磁材料；4一永久磁铁；5外齿轮；6内齿轮三磁电式传感器用于转速检测二、正确使用变磁通式磁电传感器（二）开磁路变磁通式转速传感器L工作原理框图 开磁路变磁通式转速传感器的工作原理框图如图240所示。齿轮转动气隙交替变化磁阻变化磁通变化产生感应电动势图2-40 开磁路变磁通式转速传感器的工作原理框图三磁电式传感器用于转速检测二、正确使用变磁通式磁电传感器（二）开磁路变磁通式转速传感器2.工作原理安装时把永久磁铁产生的磁力线通过软磁材料端部对准齿轮的齿顶。当 齿轮旋转时，齿的凹凸使空气间隙产生变化，从而使磁路磁阻变化，引起磁 通量变化，而产生感应电动势。三磁电式传感器用于转速检测二、正确使用变磁通式磁电传感器（三）闭磁路变磁通式转速传感器闭磁路变磁通式转速传感器的内外齿轮的齿数相同，它被安装在被测轴 上，内齿轮与被测轴一起旋转，外齿轮不动，由于内外齿轮的相对运动使磁 路间隙发生变化，从而在线圈中产生交变的感应电势。三磁电式传感器用于转速检测二、正确使用变磁通式磁电传感器（四）变磁通式转速传感器的特点和要求变磁通式转速传感器对环境条件要求不高，结构简单、工作可靠、价格 便宜。但输出电势取决于切割磁力线的速度，转速太低时，输出感应电势很 小，导致无法测量。闭磁路式的最低下限工作频率为30Hz；开磁路式的最 低下限工作频率为50Hz,且被测轴振动较大时传感器输出波形失真较大。三磁电式传感器用于转速检测其他案例(-)磁电式振动传感器磁电式振动传感器是一种恒磁通式磁电传感器。它的气隙磁通保持不变,感应线圈与磁钢作相对运动，线圈切割磁力线产生感应电势。电式传感器用于转速检测其他案例-）磁电式振动传感器L磁电式振动传感器的结构磁电式振动传感器的结 构如图24工所示。4 1 7 5 2 3 8 6ilii图2-41 磁电式振动传感器的结构图1 一弹簧片；2永久磁铁；3-阻尼器；4一引线；5芯杆；6外壳；7一线圈；8弹簧片三磁电式传感器用于转速检测其他案例(-)磁电式振动传感器2,磁电式振动传感器的组成磁电式振动传感器由如下三部分组成:固定部分：永久磁铁、壳体。可动部分：线圈、芯杆、阻尼环。弹簧片。三磁电式传感器用于转速检测其他案例(-)磁电式振动传感器3,磁电式振动传感器的工作原理磁电式振动传感器的工作原理框图如图242所示。壳体振动一线圈切割磁力线产生感应电动势图2-42 磁电式振动传感器的工作原理框图三磁电式传感器用于转速检测其他案例(-)磁电式振动传感器3,磁电式振动传感器的工作原理传感器紧固在振动体上，外壳及磁铁与振动体一起振动。线圈与磁铁作相对运动而切割磁力线。线圈两端产生电动势e,且eocv。e的大小就代表了 v的大小。还可经过积分或微分电路测量位移或加速度。三磁电式传感器用于转速检测其他案例（二）磁电式扭矩传感器如图243所示为磁电式扭矩传感器的结构示意图，转子和线圈固定 在传感器轴上，定子（永久磁铁）固定在传感器外壳上，转子和定子上 有对应的齿和槽。三磁电式传感器用于转速检测图2-43磁电式扭矩传感器1一定子；2转子；3传感器轴；4一线圈三磁电式传感器用于转速检测其他案例（三）磁电式流量计如图244所示为磁电式流量计示意图，它是基于磁电感应原理工作 的。在绝缘导管的上下方放置永久磁铁，当被测导电液体流动而切割磁 力线时，在水平方向上安置的两个电极产生感应电势。感应电势与流体 流速成正比，也与单位时间内通过导管横截面的流体体积（流量）成正 比。感应电势经放大后输出，由此可测出导管内流体的流量。三磁电式传感器用于转速检测其他案例输出图2-44磁电式流量计三磁电式传感器用于转速检测训I练一下在实训室借助磁电式传感器及测量模块、电机及安装在电机上的测 速齿盘、调节电机转速的变频器、数字频率计（或示波器）和电源等器 件和设备，试着连接电路并进行测速。光电传感器用于转速检测提出在机电设备的转速测量中，对于一些检测距离较大的场合，可用光 电传感器测量转速，它可以在距被测物工0mm,有的甚至可达工0m外非 接触地测量转速。光电传感器用于转速检测相关知识光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，可用于检测直接引 起光强度变化的非电量，也可用来检测能转换为光量变化的其他非电量。光电传感器具有高精度、高分辨率、高可靠性、非接触、响应快和结构 简单等特点。光电传感器用于转速检测-光电传感器的工作原理光照射在物体表面上可看成是物体受到一连串具有一定能量的光子轰击，于是物体中的电子吸收了光子的能量，导致物体的电学性质发生 了变化，这种现象称为光电效应。光电传感器的工作原理就是基于光电 效应。通常把光电效应分为三类：四光电传感器用于转速检测-光电传感器的工作原理L外光电效应2.内光电效应3.半导体光生伏特效应物体在光线作用下,内部电子吸收能量 后，逸出物体表面 的现象称为外光电 效应。其中，向外 发射的电子称为光 电子，能产生光电 效应的物质称为光 电材料。物体在光线作用下,内部载流子浓度增 大、使电导率增大 的现象称为内光电 效应，又称光电导 效应。半导体光生伏特效 应又称光伏效应。物体在光线作用下,产生一定方向电动 势的现象称为半导 体光生伏特效应。基于该效应的光电 器件有光电池。光电传感器用于转速检测二.光电器件【一）光电管 1.光电管的外形光电管的外形如图2-45所示。图2-45光电管的外形光电传感器用于转速检测二.光电器件【一）光电管 2.光电管的结构光电管由一个涂有光电材料的阴极和一个阳极构成，并密封在一支真空玻璃 管内，如图2-46所示。光电管的阴极接受光照射，它决定器件的光电特性。阳极 由金属丝做成，用于收集电m unn图2-46光电管的结构光电传感器用于转速检测二.光电器件【一）光电管 3.光电管的工作原理当阴极受到适当波长的光线照射时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金 属表面，形成电子发射。电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有了电子 流，在外电路中便产生了电流。电流的大小与入射光的强度成正比。光电传感器用于转速检测二.光电器件（二）光电倍增管在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流是很小的。而光电倍增管是在光电管的阳极和阴极之间增加若干个（工工14个）倍增极（二次发射体），来放大光电流，如图247所示。光电传感器用于转速检测二.光电器件三）光敏电阻工.光敏电阻的外形光敏电阻的外形如图248所示。图2-48 光敏电阻的外形光电传感器用于转速检测二.光电器件三）光敏电阻2.光敏电阻的结构光敏电阻的结构如图249所示。图2-49 光敏电阻的结构1玻璃；2光电导层；3电极；4绝缘衬底;5金属壳；6-黑色绝缘玻璃；7一引线光电传感器用于转速检测二.光电器件三）光敏电阻3.光敏电阻的图形符号光敏电阻的图形符号如图250a所示。图2-50 光敏电阻的图形符号及工作原理示意图（a）光敏电阻的图形符号（b）光敏电阻工作原理光电传感器用于转速检测二.光电器件三）光敏电阻4.光敏电阻的工作原理光敏电阻工作原理如图250b所示。工作时，光敏电阻两电极间加上电 压，其中便有电流通过。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路 中电流很小；当有光照时，由于光电导效应，光敏电阻值（亮电阻）急 剧减小，电流迅速增加，电流随着光强的增加而变大，实现了光电转换。光电传感器用于转速检测二.光电器件（四）光敏二极管和光敏三极管工.光敏二极管和光敏三极管的外形光敏二极管的外形如图25工所示。光敏三极管的外形如图252所示。图2-51光敏二极管的外形图2-52光敏三极管的外形光电传感器用于转速检测二.光电器件（四）光敏二极管和光敏三极管2.光敏二极管（1）符号、结构和接线光敏二极管的符号和接线如图253所示。丑熟林何管琼二装出&-S图期袋盘曲膏蛆二妹法（d）寻曲由甘婚二搬出（6）光电传感器用于转速检测二.光电器件（四）光敏二极管和光敏三极管3.光敏三极管（1）结构和符号光敏三极管的符号如图2-54所示，与一般晶体三极管很相似，具有两个 P