磁電式速度傳感器是利用電磁感應原理,將輸入的運動速度轉換成線圈中的感應電勢輸出。它直接將被測物體的機械能量轉換成電信號輸出,工作不需要外加電源,是一種典型的無源傳感器。由于這種傳感器輸出功率較大,因而大大地簡化了配用的二次儀表電路。
磁電式速度傳感器有時也稱作電動式或感應式傳感器, 它只適合進行動態測量。由于它有較大的輸出功率,故配用電路較簡單;零位及性能穩定;
利用其逆轉換效應可構成力(矩)發生器和電磁激振器等。根據電磁感應定律,當W匝線圈在均恒磁場內運動時,設穿過線圈的磁通為Φ,則線圈內的感應電勢e與磁通變化率dΦ/dt有如下關系:
根據這一原理,可以設計成變磁通式和恒磁通式兩種結構型式,構成測量線速度或角速度的磁電式傳感器。
1、變磁通式結構
(a)旋轉型(變磁)); (b)平移型(變氣隙)
其中磁鐵(俗稱"磁鋼")與線圈均固定,動鐵心(銜鐵)的運動使氣隙和磁路磁阻變化,引起磁通變化而在線圈中產生感應電勢,因此又稱變磁阻式結構。
在恒磁通式結構中,工作氣隙中的磁通恒定,感應電勢是由于磁鐵與線圈之間有相對運動--線圈切割磁力線而產生。這類結構有兩種,如下圖所示。
2、恒磁通式結構 (a)動圈式;(b)動鐵式
圖中的磁路系統由圓柱形磁鐵和極掌、圓筒形磁軛及空氣隙組成。氣隙中的磁場均勻分布,測量線圈繞在筒形骨架上,經膜片彈簧懸掛于氣隙磁場中。
當線圈與磁鐵間有相對運動時,線圈中產生的感應電勢e為式中 B--氣隙磁通密度(T);
l--氣隙磁場中有效匝數為W的線圈總長度(m)為l=laW(la為每匝線圈的平均長度)
v--線圈與磁鐵沿軸線方向的相對運動速度(ms-1)。
當傳感器的結構確定后,式中B、la、W都為常數,感應電勢e僅與相對速度v有關。傳感器的靈敏度為
為提高靈敏度,應選用具有磁能積較大的磁鐵和盡量小的氣隙長度,以提高氣隙磁通密度B;增加la和W也能提高靈敏度,但它們受到體積和重量、內電阻及工作頻率等因素的限制。
為了保證傳感器輸出的線性度,要保證線圈始終在均勻磁場內運動。設計者的任務是選擇合理的結構形式、材料和結構尺寸,以滿足傳感器基本性能要求。