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1、走進轉速傳感器目錄轉速傳感器定義、分類轉速傳感器定義、分類轉速的測量方法轉速的測量方法1.2.常用轉速傳感器介紹常用轉速傳感器介紹3.光電式轉速傳感器光柵傳感器霍爾式轉速傳感器電容式轉速傳感器電渦流傳感器測速發(fā)電機31.轉速的測量方法1 轉速儀 旋轉軸的轉速測量在工程上經(jīng)常被遇到,用于確定物體轉動速度的快慢,以每分鐘的轉數(shù)來表達,即r/min。 測量轉速的儀器統(tǒng)稱為轉速儀。 轉速儀的種類繁多,按照測量原理可分為模擬法、計數(shù)法和同步法;按變換方式又可分為機械式、電氣式、光電式和頻閃式等。1.轉速的測量方法2 轉速的測量方法及其特點1.轉速的測量方法2 轉速的測量方法及其特點2.轉速傳感器的定義、

2、分類1 轉速傳感器的定義 轉速傳感器是將旋轉物體的轉速轉換為電量輸出的傳感器。轉速傳感器屬于間接式測量裝置,可用機械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。按信號形式的不同,轉速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。2.轉速傳感器的定義、分類激光式(光電式)變磁阻式轉速傳感器的分類磁敏式磁電式電容式2 轉速傳感器的分類2.轉速傳感器的定義、分類3 各種轉速傳感器的簡介1)磁敏式 磁敏式轉速傳感器由磁敏電阻作感應元件,是新型的轉速傳感器。核心部件是采用磁敏電阻作為檢測的元件,再經(jīng)過全新的信號處理電路令噪聲降低,功能更完善。通過與其它類型齒轉速傳感器的輸出波形對比,所測到轉速的誤差極小以及線性特性具有很好的一

3、致性.感應對象為磁性材料或?qū)Т挪牧希绱配?、鐵和電工鋼等。當被測體上帶有凸起(或凹陷)的磁性或?qū)Т挪牧?,隨著被測物體轉動時,傳感器輸出與旋轉頻率相關的脈沖信號,達到測速或位移檢測的發(fā)訊目的。磁敏式轉速傳感器2.轉速傳感器的定義、分類2.3 各種轉速傳感器的簡介2)激光式 普林斯頓光學是世界著名的光學儀器;PR-870是利用激光反射原理,獲得轉子轉動的信號,可測量轉子的轉速。特點是分辨率高,距離遠,實用范圍廣,頻響寬,可靠性高。內(nèi)裝放大整形電路,輸出為幅度穩(wěn)定的方波信號,能實現(xiàn)遠距離傳輸。112.轉速傳感器的定義、分類3 各種轉速傳感器的簡介3)磁電式 航振HZ-860磁電轉速傳感器,能將轉角位

4、移轉換成電信號供計數(shù)器計數(shù),只要非接觸就能測量各種導磁材料如:如齒輪、葉輪、帶孔(或槽、螺釘)圓盤的轉速及線速度。磁電式轉速傳感器2.轉速傳感器的定義、分類2.3 各種轉速傳感器的簡介4)電容式 電容式轉速傳感器有面積變化型和介質(zhì)變化型兩種。圖中中是面積變化型的原理,圖中電容式轉速傳感器由兩塊固定金屬板和與轉動軸相連的可動金屬板構成??蓜咏饘侔逄幱陔娙萘孔畲蟮奈恢?,當轉動軸旋轉180時則處于電容量最小的位置。電容量的周期變化速率即為轉速。可通過直流激勵、交流激勵和用可變電容構成振蕩器的振蕩槽路等方式得到轉速的測量信號。介質(zhì)變化型是在電容器的兩個固定電極板之間嵌入一塊高介電常數(shù)的可動板而構成的。

5、可動介質(zhì)板與轉動軸相連,隨著轉動軸的旋轉,電容器板間的介電常數(shù)發(fā)生周期性變化而引起電容量的周期性變化,其速率等于轉動軸的轉速。2.轉速傳感器的定義、分類3 各種轉速傳感器的簡介5)變磁阻式 變磁阻式傳感器。變磁阻式傳感器的三種基本類型,電感轉速傳感器、變壓器式傳感器和電渦流式傳感器都可制成轉速傳感器。電感式轉速傳感器應用較廣,它利用磁通變化而產(chǎn)生感應電勢,其電勢大小取決于磁通變化的速率。這類傳感器按結構不同又分為開磁路式和閉磁路式兩種。開磁路式轉速傳感器結構比較簡單,輸出信號較小,不宜在振動劇烈的場合使用。閉磁路式轉速傳感器由裝在轉軸上的外齒輪、內(nèi)齒輪、線圈和永久磁鐵構成。內(nèi)、外齒輪有相同的齒

6、數(shù)。當轉軸連接到被測軸上一起轉動時,由于內(nèi)、外齒輪的相對運動,產(chǎn)生磁阻變化,在線圈中產(chǎn)生交流感應電勢。測出電勢的大小便可測出相應轉速值。a.開磁路式b.閉磁路式變磁阻式轉速傳感器 10106 610105 510104 410103 35 510105 55 510104 45 510103 3101015155 510101414101014145 5101013135 510101515101016163 31010181810010010101 150505 50.50.5可見光可見光近紅外近紅外遠紅外遠紅外極遠紫外極遠紫外0.010.010.10.11 110100.050.050.5

7、0.55 5波數(shù)波數(shù)/cm/cm-1-1頻率頻率/Hz/Hz光子能量光子能量/eV/eV波長波長/m/m一、光電效應的介紹一、光電效應的介紹 自然界的一切物質(zhì)在環(huán)境溫度高于0K以上時,都會產(chǎn)生電磁波輻射,其中光是波長約在100.01m之間的電磁輻射,其光譜如圖所示。光電式轉速傳感器 光電效應光電效應 :物體吸收光能后轉換為該物體中某些電子的能量,從而產(chǎn)生的電效應。包括外光電效應和內(nèi)光電效應。內(nèi)光電效應又分為光電導效應和光生伏特效應。外光電效應外光電效應:在光線作用下,電子獲得光子的能量從而脫離正電荷的束縛,使電子逸出物體表面。內(nèi)光電效應內(nèi)光電效應:光照射到半導體或絕緣體的表面時,使物體內(nèi)部的受

8、束縛電子受到激發(fā),從而使物體的導電性能改變。 光電導效應:光電導效應:在光線的作用下,半導體的電導率增加,這種現(xiàn)象稱為光電導效應。 光生伏特效應光生伏特效應是指半導體在受到光照射時產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象光電效應的介紹光電效應的介紹 當物體在光線照射作用下,一個電子吸收了一個光子的能量后,其中的一部分能量消耗于電子由物體內(nèi)逸出表面時所作的逸出功,另一部分則轉化為逸出電子的動能。根據(jù)能量守恒定律,可得 式中 A0 電子逸出物體表面所需的功(逸出功); 電子的質(zhì)量 V0 電子逸出物體表面時的初速度。 上式即為愛因斯坦光電方程式20012hvAmVkg10109. 931m 已知每個光子具有的能量為: 式中

9、, h =6.62610-34 Js普朗克常數(shù) ; 光的頻率。Ehv光電效應的介紹光電效應的介紹1)直射式光電轉速傳感器)直射式光電轉速傳感器 組成:開孔圓盤、光源、光敏元件 開孔圓盤的輸入軸與被測軸相連接,光源發(fā)出的光,通過開孔圓盤和縫隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收,將光信號轉為電信號輸出。開孔圓盤上有許多小孔,開孔圓盤旋轉一周,光敏元件輸出的電脈沖個數(shù)等于圓盤的開孔數(shù),因此,可通過測量光敏元件輸出的脈沖頻率,得知被測轉速,即 n=f/Nn - 轉速 f - 脈沖頻率 N - 圓盤開孔數(shù)。 二、光電轉速傳感器二、光電轉速傳感器 2)反射式光電轉速傳感器)反射式光電轉速傳感器結構:旋轉部

10、件、反光片(或反光貼紙)、反射式光電傳感器 在可以進行精確定位的情況下,在被測部件上對稱安裝多個反光片或反光貼紙會取得較好的測量效果。 由于測試距離近且測試要求不高,僅在被測部件上只安裝了一片反光貼紙,因此,當旋轉部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時,光電傳感器的輸出就會跳變一次。通過測出這個跳變頻率f,就可知道轉速n。 n=f如果在被測部件上對稱安裝多個反光片或反光貼紙,那么,n=f/N。N-反光片或反光貼紙的數(shù)量。二、光電轉速傳感器二、光電轉速傳感器 1)投射式光電轉速傳感器)投射式光電轉速傳感器 投射式光電轉速傳感器設有讀數(shù)盤和測量盤,兩者之間存在間隔相同的縫隙。投射式光電轉速傳感器在測量

11、物體轉速時,測量盤會隨著被測物體轉動,光線則隨著測量盤轉動而不斷經(jīng)過各條縫隙,并透過各條縫隙投射到光敏元件上。每轉過一條縫隙,從光源投射到光敏元件上的光線產(chǎn)生一次明暗變化。投射式光電轉速傳感器的光敏元件在接收光線并感知其明暗變化后,即輸出電流脈沖信號。通過在一段時間內(nèi)的計數(shù)和計算,就可以獲得被測對象的轉速狀態(tài)。三、光電式轉速計三、光電式轉速計 光電轉速計是利用光電效應原理制成的。即利用光電管或光電晶體管將光脈沖變成電脈沖。由光電管構成的轉速計分反射型和直射型兩種。 2)反射式光電轉速傳感器)反射式光電轉速傳感器 反射式光電轉速傳感器是通過在被測轉軸上設定反射記號,而后獲得光線反射信號來完成物體

12、轉速的測量。反射式光電轉速傳感器的光源會對被測轉軸發(fā)出光線,光線通過透鏡和半透膜入射到被測轉軸上。轉軸轉動時,反射記號對投射光點的反射率就會發(fā)生變化反射式光電轉速傳感器內(nèi)裝有光敏元件,當轉軸轉動反射率增大時,反射光線經(jīng)透鏡投射到光敏元件上即發(fā)出一個脈沖信號;而當反射光線隨轉軸轉動到另一位置時,反射率變小,光線變?nèi)?,光敏元件無法感應即不會發(fā)出脈沖信號。在一定時間內(nèi)對信號計數(shù)便可測出轉軸的轉速值。 四、光電式編碼器的應用四、光電式編碼器的應用 1)脈沖頻率法測轉速利用脈沖頻率測量是在給定的時間內(nèi)對編碼器發(fā)出的脈沖計數(shù)。 在給定時間t內(nèi),使門電路選通,編碼器輸出脈沖允許進入計數(shù)器計數(shù),這樣,可計算出

13、時間t內(nèi)編碼器的平均轉速。式中, t測速采樣時間(s) ; N1時間t內(nèi)測得的脈沖個數(shù);N編碼器每轉脈沖個數(shù)(與編碼器型號有關) min)/(60)/()/(/ )(111rtNNsrNtNrpulseNtpulseNn轉速測量:轉速可由編碼器發(fā)出的脈沖頻率或周期來測量。 四、光電式編碼器的應用四、光電式編碼器的應用 2)脈沖周期法測轉速 通過計數(shù)編碼器一個脈沖間隔內(nèi)(半個脈沖周期)標準時鐘脈沖個數(shù)來計算其轉速,因此要求時鐘脈沖的頻率必須高于編碼器脈沖的頻率。 當編碼器輸出脈沖正半周時選通門電路,標準時鐘通過控制門進入計數(shù)器計數(shù),計數(shù)器輸出N2 ,可得出其轉速的兩種計算公式為N編碼器每轉脈沖個

14、數(shù)(pulse/s);T標準時鐘脈沖周期(s)N2編碼器一個脈沖間隔(即半個編碼器脈沖周期)內(nèi)標準時鐘脈沖輸出個數(shù)。)/(212srNTNn min)/(2602rNTNn 五、光柵傳感器五、光柵傳感器 光柵編碼器測量原理 光柵傳感器一般用來測量角的位移如果在單位時間內(nèi)測量角位移則為被測物體的轉速。測周法低轉速 用光柵編碼器輸出信號的上升沿觸發(fā)計數(shù)器對高頻時鐘信號進行計數(shù);用其下降沿觸發(fā)鎖存器,將計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值進行鎖存,依據(jù)鎖存器的內(nèi)容可求得角位移所經(jīng)過的時間,由此可得實際轉速。測頻法高轉速 單位時間內(nèi)對光柵編碼器輸出脈沖計數(shù),從而直接測得轉速。26 七、光電式傳感器的優(yōu)點 由于光電轉速傳感器

15、是以光線的投射和接收來完成轉速測量的一種轉速表。光電轉速傳感器的設計精密、應用方便,使用范圍廣泛。光電轉速傳感器的優(yōu)點很多,例如結構緊湊、運行穩(wěn)定、不會對被測量軸形成額外負載等。(1)光電轉速傳感器為非接觸式轉速表光電轉速傳感器采用光學原理制造,屬于非接觸式轉速測量儀表,它的測量距離一般可達200mm左右。光電轉速傳感器的測量無需與被測量對象接觸,不會對被測量軸形成額外的負載,因此光電轉速傳感器的測量誤差更小,精度更高。 27 光電式轉速傳感器的優(yōu)點光電式轉速傳感器的優(yōu)點(2)光電轉速傳感器的結構緊湊 光電轉速傳感器的結構緊湊,主要由投射光線部件、接收光線部件也就是光敏元件和放大元件等組成,因

16、此光電轉速傳感器的體積設計小巧、內(nèi)部結構精致,一般重量不會超過200g,非常便于使用者的攜帶、安裝和使用。(3)光電轉速傳感器的抗干擾性好 光電轉速傳感器多采用LED作為光線投射部件,極少會出現(xiàn)光線停頓的情況,也不會存在燈泡燒毀等故障危險。另外,光電轉速傳感器的光源都是經(jīng)過特殊方式調(diào)制的,有極強的抗干擾能力,不會受普通光線的干擾。(4)光電轉速傳感器的測量能力好 光電轉速傳感器的可采用光纖封裝,可于測量微小的物體,特別是微小旋轉體的測量,特別適用于高精密、小元件的機械設備測量。光電轉速傳感器的運行穩(wěn)定,有良好的可靠性,測量的精度較高,能滿足使用者的測量要求。 激光式 普林斯頓光學是世界著名的光

17、學儀器;PR-870是利用激光反射原理,獲得轉子轉動的信號,可測量轉子的轉速。特點是分辨率高,距離遠,實用范圍廣,頻響寬,可靠性高。內(nèi)裝放大整形電路,輸出為幅度穩(wěn)定的方波信號,能實現(xiàn)遠距離傳輸。光電數(shù)字式轉速表光電式轉速傳感器霍爾式轉速傳感器3.1 霍爾式轉速傳感器 霍爾式轉速傳感器是利用霍爾效應的原理制成的?;魻栃侵冈谝粋€矩形半導體薄片上有一電流通過,此時如有一磁場也作用于該半導體材料上,則在垂直于電流方向的半導體兩端,會產(chǎn)生一個很小的電壓,該電壓就稱為霍爾電壓。當磁性材料制成的傳感器轉子上的凸齒交替經(jīng)過永久磁鐵的空隙時,就會有一個變化的磁場作用于霍爾元件(半導體材料)上,使霍爾電壓產(chǎn)生

18、脈沖信號。根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目即可檢測轉速。 霍爾效應在半導體上外加與電流方向垂直的磁場,會使得半導體中的電子與空穴受到不同方向的洛倫茲力而在不同方向上聚集,在聚集起來的電子與空穴之間會產(chǎn)生電場,電場強度與洛倫茲力產(chǎn)生平衡之后,不再聚集,此時電場將會使后來的電子和空穴受到電場力的作用而平衡掉磁場對其產(chǎn)生的洛倫茲力,使得后來的電子和空穴能順利通過不會偏移,此稱為霍爾效應。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。 方便起見,假設導體為一個長方體,長度分別為a、b、d,磁場垂直ab平面。電流經(jīng)過ad,電流I = nqv(ad),n為電荷密度。設霍爾電壓為VH,導體沿霍爾電壓方向的電場為VH / a。設磁場強度

19、為B。洛倫茲力f=qE+qvB/c(Gauss 單位制)電荷在橫向受力為零時不再發(fā)生橫向偏轉,結果電流在磁場作用下在器件的兩個側面出現(xiàn)了穩(wěn)定的異號電荷堆積從而形成橫向霍爾電場。 由實驗可測出 E= UH/W 定義霍爾電阻為RH= UH/I =EW/jW= E/jj = q n vRH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc)UH=RH I= -B I /(q n c)霍爾式轉速傳感器YL-57霍爾傳感器模塊設頻率計的頻率為f,粘貼的磁鋼數(shù)為Z,則轉軸轉速為:若Z=60,則n=f,即轉速為頻率計的示值。但是,粘貼60塊磁鋼不易實現(xiàn)。通常粘貼6塊磁鋼,則轉速為:60/minfnrZ10nf1

20、-輸入軸;2-轉速;3-小磁鐵;4-霍爾傳感器WB3144是一款單極霍爾開關單極霍爾開關器件,當磁N極靠近它的印章面時,開關輸出低電平,當磁N極撤離后開關輸出高電平。如想要用S極來控制開關,側感應面就變?yōu)橛≌旅娴谋趁妗.敶臩極靠近它的印章面背面時,開關輸出低電平,當磁S極撤離后開關輸出高電平。因此安裝使用時改變感應面后控制磁極也應要作相應的改變才能感應。 轉速的測量方法很多,根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉速測量的方法主要有M M法法( (測頻法測頻法) )、T T法法( (測周期法測周期法) )和和MPTMPT法法( (頻率周期法頻率周期法) ),該系統(tǒng)采用了M M法法( (測頻測頻法法) )。由于轉速

21、是以單位時間內(nèi)轉數(shù)來衡量,在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復運動。根據(jù)霍爾效應原理,將一塊永久磁鋼固定在電機轉軸上的轉盤邊沿,轉盤隨側軸旋轉,磁鋼也將跟著同步旋轉,在轉盤下方安裝一個霍爾器件,轉盤隨軸旋轉時,受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響,霍爾器件輸出脈沖信號,其頻率和轉速成正比。脈沖信號的周期與電機的轉速有以下關系: n=PT/60 式中:n為電機轉速;P為電機轉一圈的脈沖數(shù);T為輸出方波信號周期。根據(jù)式即可計算出待測物體的轉速霍爾轉速傳感器的優(yōu)勢霍爾轉速傳感器的應用優(yōu)勢主要有三個:一是霍爾轉速傳感器的輸出信號不會受到轉速值的影響二是霍爾轉速傳感器的頻率相應高三是霍爾轉速傳感器對電磁波的抗干擾能力強因

22、此霍爾轉速傳感器多應用在控制系統(tǒng)的轉速檢測中。同時,霍爾轉速傳感器的穩(wěn)定性好,抗外界干擾能力強穩(wěn)定性好,抗外界干擾能力強,如抗錯誤的干擾信號等,因此不易因環(huán)境的因素而產(chǎn)生誤差?;魻栟D速傳感器的測量頻率范圍寬測量頻率范圍寬,遠遠高于電磁感應式無源傳感器。另外,霍爾轉速傳感器在防護措施有效的情況下,可以不受電子、電氣環(huán)境影響不受電子、電氣環(huán)境影響?;魻栟D速傳感器的,測量結果精確穩(wěn)定,輸出信號可靠,可以放油、防潮,并且能在溫度較高的環(huán)境中工作,普通霍爾轉速傳感器的工作溫度可以達到100?;魻栟D速傳感器的安裝簡單,使用方便,能實現(xiàn)遠距離傳輸。3.常用轉速傳感器介紹3.2電容式轉速傳感器 電容式轉速傳感

23、器(以下簡稱傳感器)是一種電參數(shù)型數(shù)字式轉速傳感器電參數(shù)型數(shù)字式轉速傳感器。它同其它數(shù)字式轉速傳感器一樣。主要是由預變換元件預變換元件和變換元件變換元件兩部分組成。在這種傳感器里。預變換元件是導電或介電齒盤,變換元件是作為變換電路元件的電容器。工作時,齒盤隨被測軸轉動,周期性地改變電容器導電極板之間的周期性地改變電容器導電極板之間的相對面積或介電常數(shù),使電容量發(fā)生周期性變化相對面積或介電常數(shù),使電容量發(fā)生周期性變化。即傳感器利用電容變換原理將被測軸的機械轉速量變換成電路元件的電容參數(shù)量。因為齒盤每轉過一個齒。導因為齒盤每轉過一個齒。導電極板之間的電容器就要變化一個周期。所以傳感器輸出的電容參數(shù)

24、信號之頻率電極板之間的電容器就要變化一個周期。所以傳感器輸出的電容參數(shù)信號之頻率與被測轉速成正比與被測轉速成正比。這種電容參數(shù)信號經(jīng)傳感電路處理后就成為表征被測轉速的可供轉速數(shù)字顯示儀測量的脈沖電量信號了。這就是該傳感器可用于數(shù)字式轉速測量的原理 。電容式轉速傳感器的分類 電容式轉速傳感器按欲變換功能分類按極板狀分類按輸出信號相位分類 變面積型變介電常數(shù)型 平板型 圓柱面型 齒型 單一型 差動型變面積型 變面積型傳感器中,預變換元件是用低電阻率的輕型金屬材料 (如銅、鋁等)制成的導電齒盤。變換元件是以導電齒盤的齒部為一極板 (即動極 板)和 固定安裝 的另一極板 (即定極板)1或 2所 組成的

25、電容器。工作時,導電齒盤隨被測軸轉動,動極板與定極板之間的相對面積發(fā)生周期性變化,使兩極板之間的電容量發(fā)生周期性變化。變面積型傳感器因其變換元件中有動極板而存在滑動電接點,影響變換電路的可靠性。但由于齒盤采用的是輕型金屬材料,其齒數(shù)可以做得較多,容易制成輸出信號之每轉脈沖數(shù)較多的 高精確度傳感器。如常用于電機瞬態(tài)轉速測量的多齒電容角度傳感器就是采用齒形的變面積型結構。其出信號的每轉脈沖數(shù)為 256個 。上式表明電容的變化量和面積的變化量成線性關系上式表明電容的變化量和面積的變化量成線性關系 變介電常數(shù)型傳感器的結構形式如圖所示。在這類傳感器中,預變換元件是用介電常數(shù)很高的非金屬材料 (如陶瓷、

26、夾布膠木等)制成的齒盤。稱為介電齒盤。變換元件是由一對固定安裝的導電極板 (即定極板)組成的電容器。工作時,介電齒盤隨被測軸轉動,其齒部周期性地從兩定極板之間經(jīng)過,使兩定極板之間的介電常數(shù)發(fā)生周期性變化,其電容量也發(fā)生周期性變化。 變介電常數(shù)型傳感器困其變換元件中無動極板而不存在滑動電極點,提高了變換電路的可靠性。但由于齒盤采用的是非金屬材料,其齒數(shù)不可能做得太多,因而輸出信號之每轉脈沖數(shù)較少。 如圖所示傳感器的預變換元件只是一塊可動介質(zhì)板,相當于只有一個齒的介質(zhì)齒盤,故輸出信號的 每轉脈沖數(shù)為 l。 變介電常數(shù)型平板型 平板型傳感器因齒盤之齒不能太小 (否則困極板間的工作面太小而電容變化量太

27、小),其齒數(shù)就不可能做得太多 (否則齒太大),故輸出信號的每轉脈沖數(shù)較少。上圖所示傳感器的齒盤只是一塊 扇形板,其輸 出信號的每轉脈沖數(shù)為 l。 這類傳感器因齒盤較薄而重量輕,困結構簡單而容易制造,所以在小負荷轉速測量中用得較多。 其定極板的安裝方向與齒盤的軸向垂直。 圓柱型圓柱面型圓柱面型傳感器的結構形式如圖所示。它的導電極板的相對面都制成圓柱面形狀。其動極板實際上就是齒盤的齒頂面,定極板的安裝方向是使其圓柱面的軸向與齒盤的軸向平行。圓柱面型傳感器與平板型傳感器一樣也困齒盤的齒不能太小而齒數(shù)有限,故輸出信號的每轉脈沖數(shù)不多,再加上它因為齒盤較厚而重量較重,結構復雜而難于制造,故很少有產(chǎn)品應市

28、。但是這種結構形式都適宜使用者在自制時采用,因為它可以利用被測軸上原有結構中的等分槽 (如花鍵槽)或凸起的金屬表面作為動極板。 它的定極板被制成齒數(shù)與齒盤的齒數(shù)相等的齒座旨座與齒盤套裝在同一殼體內(nèi),其軸線重合。它們的齒頂就是電容器的導電極板,其相對面都呈圓柱面形狀 ,可以看出齒座 上的每一個齒都與盤組成一個圓柱面型傳感器。設齒座之齒數(shù)為z,則導電極板之間的最大相對面積和最大電容量比較,齒形傳感器為相同齒盤的圓柱面型傳感器的Z倍。 齒型傳感器靈敏度高、結構 緊湊、安裝使用方便、抗干擾能力強。又因其電容量較大,齒座和齒盤的齒部可以做得小而多,故體積不大而輸出信號的每轉脈沖數(shù)較多,很適于測量瞬態(tài)轉速

29、所以它雖然結構復雜,但應用較多。 齒型1.單一型 單一型傳感器只有一個或一組定極板,在變換電路中相當于一只單聯(lián)可變電容器,工作時只輸出一路信號。2差動型 差動型傳感器有兩塊 (或 兩組)形狀尺寸相同互相絕緣的定極板1和2,在變換電路中相當于一只受控于同一轉軸而變化規(guī)律相反的雙聯(lián)可變電容器。工作中,當一塊定極板正對齒盤 之齒頂而電容量最大時,另一塊定極板恰好正對齒盤之齒槽而電容量最小因此,它能同時輸出兩路極性相反的信號。差動型傳感器常用于差動電橋式變換電路。它雖然結構復雜,但靈敏度高,能自動補償溫度誤差 。因此用得較多。 誤差分析1.寄生電容誤差 事實上,電容傳感器中存在寄生電容的影響。 主要由

30、兩部分組成 :一是電一是電場邊緣效應所造成的附加電容場邊緣效應所造成的附加電容,二是各結構部件間的附加電容二是各結構部件間的附加電容。邊緣效應發(fā)生在以下幾 方面:在一 個齒距內(nèi),定片齒頂與動片齒頂之間;定片齒槽與動片齒槽之 間。由于寄生電容的影響,使電容傳感器的輸出電容量增大了, 同時,又使電容量的變化范圍減小了。因為由電場邊緣效應所產(chǎn)生的附加電容量是周期性變化的,時大時小。當定、動片的齒頂相對時,工作電容量最大 ,而邊緣效應為最小,附加電容量小;當定、動片的齒頂對齒槽時,工作電容量最小,而邊緣效應為最大,附加電容量大。2.由動片引起的不圓度誤差3.動片的偏心誤差改善措施1.克服寄生電容誤差

31、首先,對多齒電容傳感器的幾何結構和參數(shù)進行優(yōu)化設計,最大限度抵消邊緣效應影響。其次采取較好的屏蔽措施,選用合適的轉換電路,減少寄生電容的作用。2.周期型誤差的影響 經(jīng)分析,不圓度誤差和偏心誤差都是按照余弦函數(shù)規(guī)律變化的,故認為是周期性誤差。消除此類誤差的方法有:提高傳感器的加工精度;采用周期數(shù)乘法測量周期;增加測量時間的計數(shù)脈沖數(shù)。電容式轉速傳感器的優(yōu)點(1)高阻抗、小功率,因而所需的輸入力很小,輸人能量也很低。(2)溫度穩(wěn)定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無關,有利于選擇溫度系數(shù)低的材料, 又因本身發(fā)熱極小,對穩(wěn)定性影響甚微。(3)結構簡單,適應性強,待測體是導體或半導體均可,可在惡劣環(huán)境

32、中工作。(4)動態(tài)響應好。由于極板間的靜電引力很小,可動部分做得很小很薄,因此其固有頻率很高,動態(tài)響應時間短,能在幾兆赫的頻率下工作,(5)可以實現(xiàn)非接觸測量,具有平均效應。電渦流傳感器1 工作原理 如果將一個繞在骨架上的空心線圈與正弦交流電源接通,流過線圈的電流會在線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場。當將導電的金屬接近該線圈時,金屬導體中會感應出一圈圈自相閉合的電流,這種電流稱為“電渦流”,如圖(a)所示。渦流的大小和金屬導體的電阻率 ,磁導率 、厚度 、線圈與金屬導體的距離X,以及線圈勵磁電流的交變頻率 等參數(shù)有關。如果固定其中某些參數(shù),就可根據(jù)渦流的大小來測量出另外一些參數(shù)。 為了簡化問題,我們把

33、金屬導體理解為一個短路線圈,圖(b)所示為電渦流傳感器與被測體的等效電路。其中R1 、L1 為空心線圈的電阻和電感;R2 、L2 為短路線圈的電阻和電感;而M則為兩線圈的互感。根據(jù)等效電路可寫出兩個電壓平衡方程式: 將該方程聯(lián)立求解可得:1 11 1 1212 22 210RIjw LIjwMIUR IjwLIjwMI12222121222222222()()EIMMRRjLLRLRL212 12 1222 22222MIMLIj MRIIjRj LRL 由式可得空心線圈的總阻抗為:22221212222212222()()EMMZRRjLLIRLRL 根據(jù)式可進一步求出空心線圈的等效電阻 、

34、等效電感 和等效品質(zhì)因數(shù) ,即:22122222()eqMRRRRL22122222()eqMLLLRL221222222212222()()eqMLLRLQMRRL 由此可見,當線圈接近導體時,電器參數(shù) 、 、 、 等均為互感 的函數(shù),即為渦流線圈與金屬導體間距離 的函數(shù)。所以凡是引起渦流變化的電量和非電量,如金屬的電阻率、磁導率、幾何形狀、線圈與導體間的距離等,均可通過測量渦流線圈的 、 、 、 來確定,這便是電渦流傳感器的工作原理。2 測量電路如上所述,電渦流傳感器可以把渦流線圈和被測金屬導體間的距離變化,轉換為線圈等效電阻、等效電感、等效阻抗和等效品質(zhì)因數(shù)的變化。測量電路的任務就是將這

35、些變化量轉化為電壓或電流的變化,并加以顯示。實驗采用的測量電路框圖如圖所示,其中渦流線圈 和測量電路中的電容 組成諧振電路,諧振頻率為:12fLC 將振蕩器的振蕩頻率取為 ( 時諧振電路的諧振頻率),在諧振狀態(tài)下渦流線圈的端電壓為: 式(2-8)中, 為諧振電路的品質(zhì)因數(shù), 為振蕩器輸出信號的幅度。當裝置的初始零位調(diào)整好后,渦流線圈與被測導體間距離為 ,相應的線圈初電感為 ,諧振電路的初諧振頻率為 ,渦流線圈的端電壓則為: 其中 為與 有關的系數(shù), 一般取為 左右。1UQe00 1UKQ e 當 變化后, 、 、 都要變化,例如 變?yōu)?或 ,諧振頻率變?yōu)?或 (對一般金屬, 減小時 增加),則

36、變換器的端電壓為 、 ,且有: 此時端電壓的增量 正比于 ,如上圖所示,通常為取得較大的線性范圍,將 置于線性段的中點。電渦流傳感器的測量電路有多種類型,本實驗采用的測量電路屬于變頻調(diào)幅式電路。11112221UK Q eUK Q e3 主要特點高分辨率和高采樣率;可選擇延長電纜、溫度補償?shù)裙δ?;可測鐵磁和非鐵磁所有金屬材料;具有多傳感器同步功能;不受潮濕、灰塵的影響,對環(huán)境要求低。電渦流式轉速傳感器 電渦流式轉速傳感器工作原理圖 測速發(fā)電機是一種測量轉速的信號元件,它將輸入輸入的機械轉速機械轉速變換成為電壓信號電壓信號輸出輸出。要求:要求:輸出電壓與轉速成正比,U2=Kn, 并保持穩(wěn)定;剩余

37、電壓(轉速為零時的輸出電壓)要??;輸出電壓的極性或相位能反映被測對象的轉向;溫度變化對輸出特性的影響??;靈敏度高,即輸出電壓對轉速的變化反應靈敏,輸出特性斜率要大;轉動慣量和摩擦轉矩小,以保證反應迅速。3.1 概述概述測速發(fā)電機 測速發(fā)電機是一種測量轉速的微型發(fā)電機,它把輸入的機械轉速變換為電壓信號輸出,并要求輸出的電壓信號與轉速成正比,即測速發(fā)電機分直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電機兩大類。zUCn1.1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機1. 工作原理工作原理 直流測速發(fā)電機實際就是一種微型直流發(fā)電機,按定子磁極的勵磁方式分為電磁式和永磁式。 直流測速發(fā)電機的工作原理與一般直流發(fā)電機相同,如圖所示。在恒定的磁場 中,外部的機械轉軸帶動電樞以轉速 旋轉,電樞繞組切割磁場從而在電刷間產(chǎn)生感應電動勢為 在空載時,直流測速發(fā)電機的輸出電壓就是電樞感應電動勢:顯然輸出電壓 與 成正比。有負載時,若電樞電阻為 負載電阻為 不計電刷與換向器間的接觸電阻,則直流測速發(fā)電機的輸出電壓為 整理后得 如圖所示, 為直流測速發(fā)電機輸出特性的斜率,當

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