理论教育 动圈式与动铁式传感器的比较分析

动圈式与动铁式传感器的比较分析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3.33为角速度型动圈式传感器,当线圈在磁场中转动时,所产生的感应电动势为式中k——系数,取决于传感器结构,k<1;A——单匝线圈的截面,m2;ω——线圈转动的角速度。由式可知,当线圈结构确定,感应电动势的大小与线圈相对于磁场的转动角速度成正比,因此,用这种传感器可测量物体的转速。

动圈式与动铁式传感器的比较分析

(1)工作原理

动圈式传感器如图3.33(a)所示。动铁式传感器如图3.33(b)所示。图3.33(a)、(b)为线位移式的,图3.33(c)为角位移式的。

图3.33 动圈式传感器和动铁式传感器

1—弹性膜片;2—线圈;3—磁铁

由图3.33(a)可知,当弹性膜片感受到某一速度时,线圈就在磁场中做直线运动,切割磁力线,产生的感应电动势

式中 N——有效线圈匝数(在均匀磁场内参与切割磁力线的线圈匝数);

B——磁场的磁感应强度,T;

l——单匝线圈的有效长度,m;

v——线圈在敏感方向相对于磁场的速度,m/s;

θ——线圈运动方向与磁场方向的夹角。

当线圈运动方向与磁场方向垂直时,θ=90°,感应电动势为

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因此,当传感器的结构参数一定,即B,l,N为定值时,感应电动势的大小正比与线圈的运动速度v。由于传感器直接测量到线圈的运动速度,故这种传感器也被称为速度传感器。根据位移、加速度与速度的关系,此速度传感器也可用来测量运动物体的位移和加速度。

图3.33(c)为角速度型动圈式传感器,当线圈在磁场中转动时,所产生的感应电动势为

式中 k——系数,取决于传感器结构,k<1;

A——单匝线圈的截面,m2

ω——线圈转动的角速度。

由式(3.46)可知,当线圈结构确定,感应电动势的大小与线圈相对于磁场的转动角速度成正比,因此,用这种传感器可测量物体的转速。

(2)等效电路

将传感器中线圈产生的感应电动势通过电缆与电压放大器连接时,其等效电路如图3.34所示。图3.34中,e为发电线圈的感应电动势,Z0为线圈阻抗,RL为负载电阻(放大器输入电阻),CC为电缆导线的分布电容,RC为电缆导线的电阻,RC很小,可忽略,则等效电路中的输出电压为

图3.34 动圈磁电式传感器等效电路

如果不是采用特别加长的电缆,CC可以忽略不计。同时,如果RL远远大于Z0,则式(3.47)可简化为UL≈e。

感应电动势经过放大、检波后即可推动指示仪;若经过微分积分电路,则可得到运动物体的加速度或位移。

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