转速传感器简介PPT课件

走进转速传感器点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本目录转速传感器定义、分类转速的测量方法1.2.常用转速传感器介绍3.光电式转速传感器光栅传感器霍尔式转速传感器电容式转速传感器电涡流传感器测速发电机1.转速的测量方法1转速仪旋转轴的转速测量在工程上经常被遇到，用于确定物体转动速度的快慢，以每分钟的转数来表达，即r/min。测量转速的仪器统称为转速仪。转速仪的种类繁多，按照测量原理可分为模拟法、计数法和同步法；按变换方式又可分为机械式、电气式、光电式和频闪式等。1.转速的测量方法2转速的测量方法及其特点1.转速的测量方法2转速的测量方法及其特点2.转速传感器的定义、分类1转速传感器的定义转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.转速传感器的定义、分类激光式（光电式）变磁阻式转速传感器的分类磁敏式磁电式电容式2转速传感器的分类2.转速传感器的定义、分类3各种转速传感器的简介1）磁敏式磁敏式转速传感器由磁敏电阻作感应元件，是新型的转速传感器。核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低,功能更完善。通过与其它类型齿转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小以及线性特性具有很好的一致性.感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。磁敏式转速传感器2.转速传感器的定义、分类2.3各种转速传感器的简介2）激光式普林斯顿光学是世界著名的光学仪器；PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转子的转速。特点是分辨率高，距离远，实用范围广，频响宽，可靠性高。内装放大整形电路，输出为幅度稳定的方波信号，能实现远距离传输。2.转速传感器的定义、分类3各种转速传感器的简介3）磁电式航振HZ-860磁电转速传感器，能将转角位移转换成电信号供计数器计数，只要非接触就能测量各种导磁材料如：如齿轮、叶轮、带孔（或槽、螺钉）圆盘的转速及线速度。磁电式转速传感器2.转速传感器的定义、分类2.3各种转速传感器的简介4）电容式电容式转速传感器有面积变化型和介质变化型两种。图中中是面积变化型的原理，图中电容式转速传感器由两块固定金属板和与转动轴相连的可动金属板构成。可动金属板处于电容量最大的位置，当转动轴旋转180°时则处于电容量最小的位置。电容量的周期变化速率即为转速。可通过直流激励、交流激励和用可变电容构成振荡器的振荡槽路等方式得到转速的测量信号。介质变化型是在电容器的两个固定电极板之间嵌入一块高介电常数的可动板而构成的。可动介质板与转动轴相连，随着转动轴的旋转，电容器板间的介电常数发生周期性变化而引起电容量的周期性变化，其速率等于转动轴的转速。2.转速传感器的定义、分类3各种转速传感器的简介5）变磁阻式变磁阻式传感器。变磁阻式传感器的三种基本类型，电感转速传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器都可制成转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率。这类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器结构比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧烈的场合使用。闭磁路式转速传感器由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成。内、外齿轮有相同的齿数。当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势。测出电势的大小便可测出相应转速值。a.开磁路式b.闭磁路式变磁阻式转速传感器1061051041035×1055×1045×10310155×101410145×10135×101510163×10181001015050.5可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波数/cm-1频率/Hz光子能量/eV波长/μm一、光电效应的介绍自然界的一切物质在环境温度高于0K以上时，都会产生电磁波辐射，其中光是波长约在10～0.01μm之间的电磁辐射，其光谱如图所示。光电式转速传感器光电效应：物体吸收光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。包括外光电效应和内光电效应。内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。外光电效应：在光线作用下，电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，使电子逸出物体表面。内光电效应：光照射到半导体或绝缘体的表面时，使物体内部的受束缚电子受到激发，从而使物体的导电性能改变。光电导效应：在光线的作用下，半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应。光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象光电效应的介绍当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一个光子的能量后，其中的一部分能量消耗于电子由物体内逸出表面时所作的逸出功，另一部分则转化为逸出电子的动能。根据能量守恒定律，可得式中A0—电子逸出物体表面所需的功（逸出功）；—电子的质量V0—电子逸出物体表面时的初速度。上式即为爱因斯坦光电方程式已知每个光子具有的能量为：式中，h=6.626×10-34J∙s—普朗克常数；γ—光的频率。光电效应的介绍1）直射式光电转速传感器组成：开孔圆盘、光源、光敏元件开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即n=f/Nn-转速f-脉冲频率N-圆盘开孔数。二、光电转速传感器2）反射式光电转速传感器结构：旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。n=f如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。二、光电转速传感器1）投射式光电转速传感器投射式光电转速传感器设有读数盘和测量盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。投射式光电转速传感器在测量物体转速时，测量盘会随着被测物体转动，光线则随着测量盘转动而不断经过各条缝隙，并透过各条缝隙投射到光敏元件上。每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化。投射式光电转速传感器的光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测对象的转速状态。三、光电式转速计光电转速计是利用光电效应原理制成的。即利用光电管或光电晶体管将光脉冲变成电脉冲。由光电管构成的转速计分反射型和直射型两种。2）反射式光电转速传感器反射式光电转速传感器是通过在被测转轴上设定反射记号，而后获得光线反射信号来完成物体转速的测量。反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。转轴转动时，反射记号对投射光点的反射率就会发生变化反射式光电转速传感器内装有光敏元件，当转轴转动反射率增大时，反射光线经透镜投射到光敏元件上即发出一个脉冲信号；而当反射光线随转轴转动到另一位置时，反射率变小，光线变弱，光敏元件无法感应即不会发出脉冲信号。在一定时间内对信号计数便可测出转轴的转速值。四、光电式编码器的应用1)脉冲频率法测转速利用脉冲频率测量是在给定的时间内对编码器发出的脉冲计数。在给定时间t内，使门电路选通，编码器输出脉冲允许进入计数器计数，这样，可计算出时间t内编码器的平均转速。式中，t—测速采样时间（s)；　　　N1—时间t内测得的脉冲个数；　　　N—编码器每转脉冲个数（与编码器型号有关）　　转速测量：转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。四、光电式编码器的应用2)脉冲周期法测转速通过计数编码器一个脉冲间隔内（半个脉冲周期）标准时钟脉冲个数来计算其转速，因此要求时钟脉冲的频率必须高于编码器脉冲的频率。当编码器输出脉冲正半周时选通门电路，标准时钟通过控制门进入计数器计数，计数器输出N2,可得出其转速的两种计算公式为N—编码器每转脉冲个数（pulse/s)；T—标准时钟脉冲周期（s）N2—编码器一个脉冲间隔（即半个编码器脉冲周期）内标准时钟脉冲输出个数。五、光栅传感器光栅编码器测量原理光栅传感器一般用来测量角的位移如果在单位时间内测量角位移则为被测物体的转速。测周法—低转速用光栅编码器输出信号的上升沿触发计数器对高频时钟信号进行计数；用其下降沿触发锁存器，将计数器内的数值进行锁存，依据锁存器的内容可求得角位移所经过的时间，由此可得实际转速。测频法—高转速单位时间内对光栅编码器输出脉冲计数，从而直接测得转速。七、光电式传感器的优点由于光电转速传感器是以光线的投射和接收来完成转速测量的一种转速表。光电转速传感器的设计精密、应用方便，使用范围广泛。光电转速传感器的优点很多，例如结构紧凑、运行稳定、不会对被测量轴形成额外负载等。（1）光电转速传感器为非接触式转速表光电转速传感器采用光学原理制造，属于非接触式转速测量仪表，它的测量距离一般可达200mm左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。光电式转速传感器的优点（2）光电转速传感器的结构紧凑光电转速传感器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电转速传感器的体积设计小巧、内部结构精致，一般重量不会超过200g，非常便于使用者的携带、安装和使用。（3）光电转速传感器的抗干扰性好光电转速传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会存在灯泡烧毁等故障危险。另外，光电转速传感器的光源都是经过特殊方式调制的，有极强的抗干扰能力，不会受普通光线的干扰。(4)光电转速传感器的测量能力好光电转速传感器的可采用光纤封装，可于测量微小的物体，特别是微小旋转体的测量，特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。光电转速传感器的运行稳定，有良好的可靠性，测量的精度较高，能满足使用者的测量要求。　激光式普林斯顿光学是世界著名的光学仪器；PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转子的转速。特点是分辨率高，距离远，实用范围广，频响宽，可靠性高。内装放大整形电路，输出为幅度稳定的方波信号，能实现远距离传输。光电数字式转速表光电式转速传感器霍尔式转速传感器3.1霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的。霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端，会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。当磁性材料制成的传感器转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙时，就会有一个变化的磁场作用于霍尔元件（半导体材料）上，使霍尔电压产生脉冲信号。根据所产生的脉冲数目即可检测转速。霍尔效应在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场强度与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a、b、d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I=nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH/a。设磁场强度为B。洛伦兹力f=qE+qvB/c(Gauss单位制)电荷在横向受力为零时不再发生横向偏转，结果电流在磁场作用下在器件的两个侧面出现了稳定的异号电荷堆积从而形成横向霍尔电场。由实验可测出E=UH/W定义霍尔电阻为RH=UH/I=EW/jW=E/jj=qnvRH=-vB/c/(qnv)=-B/(qnc)UH=RHI=-BI/(qnc)霍尔式转速传感器YL-57霍尔传感器模块设频率计的频率为f，粘贴的磁钢数为Z，则转轴转速为：若Z=60，则n=f，即转速为频率计的示值。但是，粘贴60块磁钢不易实现。通常粘贴6块磁钢，则转速为：1-输入轴；2-转速；3-小磁铁；4-霍尔传感器WB3144是一款单极霍尔开关器件，当磁N极靠近它的印章面时，开关输出低电平，当磁N极撤离后开关输出高电平。如想要用S极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。当磁S极靠近它的印章面背面时，开关输出低电平，当磁S极撤离后开关输出高电平。因此安装使用时改变感应面后控制磁极也应要作相应的改变才能感应。转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)，该系统采用了M法(测频法)。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系： n=PT/60                         式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据式即可计算出待测物体的转速霍尔转速传感器的优势霍尔转速传感器的应用优势主要有三个：一是霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响二是霍尔转速传感器的频率相应高三是霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速传感器的测量频率范围宽，远远高于电磁感应式无源传感器。另外，霍尔转速传感器在防护措施有效的情况下，可以不受电子、电气环境影响。霍尔转速传感器的，测量结果精确稳定，输出信号可靠，可以放油、防潮，并且能在温度较高的环境中工作，普通霍尔转速传感器的工作温度可以达到100℃。霍尔转速传感器的安装简单，使用方便，能实现远距离传输。3.常用转速传感器介绍3.2电容式转速传感器电容式转速传感器(以下简称传感器)是一种电参数型数字式转速传感器。它同其它数字式转速传感器一样。主要是由预变换元件和变换元件两部分组成。在这种传感器里。预变换元件是导电或介电齿盘，变换元件是作为变换电路元件的电容器。工作时，齿盘随被测轴转动，周期性地改变电容器导电极板之间的相对面积或介电常数，使电容量发生周期性变化。即传感器利用电容变换原理将被测轴的机械转速量变换成电路元件的电容参数量。因为齿盘每转过一个齿。导电极板之间的电容器就要变化一个周期。所以传感器输出的电容参数信号之频率与被测转速成正比。这种电容参数信号经传感电路处理后就成为表征被测转速的可供转速数字显示仪测量的脉冲电量信号了。这就是该传感器可用于数字式转速测量的原理。电容式转速传感器的分类电容式转速传感器按欲变换功能分类按极板状分类按输出信号相位分类变面积型变介电常数型平板型圆柱面型齿型单一型差动型变面积型变面积型传感器中，预变换元件是用低电阻率的轻型金属材料(如铜、铝等)制成的导电齿盘。变换元件是以导电齿盘的齿部为一极板(即动极板)和固定安装的另一极板(即定极板)1或2所组成的电容器。工作时，导电齿盘随被测轴转动，动极板与定极板之间的相对面积发生周期性变化，使两极板之间的电容量发生周期性变化。变面积型传感器因其变换元件中有动极板而存在滑动电接点，影响变换电路的可靠性。但由于齿盘采用的是轻型金属材料，其齿数可以做得较多，容易制成输出信号之每转脉冲数较多的高精确度传感器。如常用于电机瞬态转速测量的多齿电容角度传感器就是采用齿形的变面积型结构。其出信号的每转脉冲数为256个。上式表明电容的变化量和面积的变化量成线性关系变介电常数型传感器的结构形式如图所示。在这类传感器中，预变换元件是用介电常数很高的非金属材料(如陶瓷、夹布胶木等)制成的齿盘。称为介电齿盘。变换元件是由一对固定安装的导电极板(即定极板)组成的电容器。工作时，介电齿盘随被测轴转动，其齿部周期性地从两定极板之间经过，使两定极板之间的介电常数发生周期性变化，其电容量也发生周期性变化。变介电常数型传感器困其变换元件中无动极板而不存在滑动电极点，提高了变换电路的可靠性。但由于齿盘采用的是非金属材料，其齿数不可能做得太多，因而输出信号之每转脉冲数较少。如图所示传感器的预变换元件只是一块可动介质板，相当于只有一个齿的介质齿盘，故输出信号的每转脉冲数为l。变介电常数型平板型平板型传感器因齿盘之齿不能太小(否则困极板间的工作面太小而电容变化量太小)，其齿数就不可能做得太多(否则齿太大)，故输出信号的每转脉冲数较少。上图所示传感器的齿盘只是一块扇形板，其输出信号的每转脉冲数为l。这类传感器因齿盘较薄而重量轻，困结构简单而容易制造，所以在小负荷转速测量中用得较多。其定极板的安装方向与齿盘的轴向垂直。圆柱型圆柱面型圆柱面型传感器的结构形式如图所示。它的导电极板的相对面都制成圆柱面形状。其动极板实际上就是齿盘的齿顶面，定极板的安装方向是使其圆柱面的轴向与齿盘的轴向平行。圆柱面型传感器与平板型传感器一样也困齿盘的齿不能太小而齿数有限，故输出信号的每转脉冲数不多，再加上它因为齿盘较厚而重量较重，结构复杂而难于制造，故很少有产品应市。但是这种结构形式都适宜使用者在自制时采用，因为它可以利用被测轴上原有结构中的等分槽(如花键槽)或凸起的金属表面作为动极板。它的定极板被制成齿数与齿盘的齿数相等的齿座旨座与齿盘套装在同一壳体内，其轴线重合。它们的齿顶就是电容器的导电极板，其相对面都呈圆柱面形状，可以看出齿座上的每一个齿都与盘组成一个圆柱面型传感器。设齿座之齿数为z，则导电极板之间的最大相对面积和最大电容量比较，齿形传感器为相同齿盘的圆柱面型传感器的Z倍。齿型传感器灵敏度高、结构紧凑、安装使用方便、抗干扰能力强。又因其电容量较大，齿座和齿盘的齿部可以做得小而多，故体积不大而输出信号的每转脉冲数较多，很适于测量瞬态转速所以它虽然结构复杂，但应用较多。齿型1.单一型单一型传感器只有一个或一组定极板，在变换电路中相当于一只单联可变电容器，工作时只输出一路信号。2．差动型差动型传感器有两块（或两组）形状尺寸相同互相绝缘的定极板1和2，在变换电路中相当于一只受控于同一转轴而变化规律相反的双联可变电容器。工作中，当一块定极板正对齿盘之齿顶而电容量最大时，另一块定极板恰好正对齿盘之齿槽而电容量最小因此，它能同时输出两路极性相反的信号。差动型传感器常用于差动电桥式变换电路。它虽然结构复杂，但灵敏度高，能自动补偿温度误差。因此用得较多。误差分析1.寄生电容误差事实上，电容传感器中存在寄生电容的影响。主要由两部分组成：一是电场边缘效应所造成的附加电容，二是各结构部件间的附加电容。边缘效应发生在以下几方面：在一个齿距内，定片齿顶与动片齿顶之间；定片齿槽与动片齿槽之间。由于寄生电容的影响，使电容传感器的输出电容量增大了，同时，又使电容量的变化范围减小了。因为由电场边缘效应所产生的附加电容量是周期性变化的，时大时小。当定、动片的齿顶相对时，工作电容量最大，而边缘效应为最小，附加电容量小；当定、动片的齿顶对齿槽时，工作电容量最小，而边缘效应为最大，附加电容量大。2.由动片引起的不圆度误差3.动片的偏心误差改善措施1.克服寄生电容误差首先，对多齿电容传感器的几何结构和参数进行优化设计，最大限度抵消边缘效应影响。其次采取较好的屏蔽措施，选用合适的转换电路，减少寄生电容的作用。2.周期型误差的影响经分析，不圆度误差和偏心误差都是按照余弦函数规律变化的，故认为是周期性误差。消除此类误差的方法有：提高传感器的加工精度；采用周期数乘法测量周期；增加测量时间的计数脉冲数。电容式转速传感器的优点(1)高阻抗、小功率,因而所需的输入力很小，输人能量也很低。(2)温度稳定性好。传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，对稳定性影响甚微。(3)结构简单，适应性强，待测体是导体或半导体均可,可在恶劣环境中工作。(4)动态响应好。由于极板间的静电引力很小，可动部分做得很小很薄，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，(5)可以实现非接触测量，具有平均效应。电涡流传感器1工作原理如果将一个绕在骨架上的空心线圈与正弦交流电源接通,流过线圈的电流会在线圈周围空间产生交变磁场。当将导电的金属接近该线圈时，金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，这种电流称为“电涡流”，如图（a）所示。涡流的大小和金属导体的电阻率，磁导率、厚度、线圈与金属导体的距离X，以及线圈励磁电流的交变频率等参数有关。如果固定其中某些参数，就可根据涡流的大小来测量出另外一些参数。为了简化问题，我们把金属导体理解为一个短路线圈，图（b）所示为电涡流传感器与被测体的等效电路。其中R1、L1为空心线圈的电阻和电感;R2、L2为短路线圈的电阻和电感;而M则为两线圈的互感。根据等效电路可写出两个电压平衡方程式：将该方程联立求解可得：①②③由②式可得空心线圈的总阻抗为：④根据④式可进一步求出空心线圈的等效电阻、等效电感和等效品质因数，即：⑤⑥⑦由此可见，当线圈接近导体时，电器参数、、、等均为互感的函数,即为涡流线圈与金属导体间距离的函数。所以凡是引起涡流变化的电量和非电量，如金属的电阻率、磁导率、几何形状、线圈与导体间的距离等，均可通过测量涡流线圈的、、、来确定，这便是电涡流传感器的工作原理。2测量电路如上所述，电涡流传感器可以把涡流线圈和被测金属导体间的距离变化，转换为线圈等效电阻、等效电感、等效阻抗和等效品质因数的变化。测量电路的任务就是将这些变化量转化为电压或电流的变化，并加以显示。实验采用的测量电路框图如图所示，其中涡流线圈和测量电路中的电容组成谐振电路，谐振频率为：将振荡器的振荡频率取为（时谐振电路的谐振频率），在谐振状态下涡流线圈的端电压为：式（2-8）中，为谐振电路的品质因数，为振荡器输出信号的幅度。当装置的初始零位调整好后，涡流线圈与被测导体间距离为，相应的线圈初电感为，谐振电路的初谐振频率为，涡流线圈的端电压则为：其中为与有关的系数,一般取为左右。⑧当变化后,、、都要变化，例如变为或,谐振频率变为或（对一般金属,减小时增加），则变换器的端电压为、，且有：此时端电压的增量正比于，如上图所示，通常为取得较大的线性范围，将置于线性段的中点。电涡流传感器的测量电路有多种类型，本实验采用的测量电路属于变频调幅式电路。3主要特点高分辨率和高采样率；可选择延长电缆、温度补偿等功能；可测铁磁和非铁磁所有金属材料；具有多传感器同步功能；不受潮湿、灰尘的影响，对环境要求低。电涡流式转速传感器电涡流式转速传感器工作原理图测速发电机是一种测量转速的信号元件，它将输入的机械转速变换成为电压信号输出。要求：输出电压与转速成正比，U2=Kn,并保持稳定；剩余电压(转速为零时的输出电压）要小；输出电压的极性或相位能反映被测对象的转向；温度变化对输出特性的影响小；灵敏度高，即输出电压对转速的变化反应灵敏，输出特性斜率要大；转动惯量和摩擦转矩小，以保证反应迅速。3.1概述测速发电机测速发电机是一种测量转速的微型发电机，它把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压信号与转速成正比，即测速发电机分直流测速发电机和交流测速发电机两大类。1.直流测速发电机1.工作原理直流测速发电机实际就是一种微型直流发电机，按定子磁极的励磁方式分为电磁式和永磁式。直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同，如图所示。在恒定的磁场中，外部的机械转轴带动电枢以转速旋转，电枢绕组切割磁场从而在电刷间产生感应电动势为在空载时，直流测速发电机的输出电压就是电枢感应电动势：显然输出电压与成正比。有负载时，若电枢电阻为负载电阻为不计电刷与换向器间的接触电阻，则直流测速发电机的输出电压为整理后得如图所示，为直流测速发电机输出特性的斜率，当、及都不变时，输出电压与转速成线性关系。对于不同的负载电阻，输出特性的斜率不同，负载电阻越小，斜率也越小2.误差分析直流测速发电机的输出电压与转速要严格保持正比关系在实际中是难以做到的，其实际的输出特性为图下图中实线，造成这种非线性误差的原因主要有以下三个方面：（1）电枢反应直流测速发电机负载时电枢电流会产生电枢反应，电枢反应的去磁作用使气隙磁通Φ减小，（2）温度的影响如果直流测速发电机长期使用，其励磁绕组会发热，其绕组阻值随温度的升高而增大，励磁电流因此而减小，从而引起气隙磁通Φ减小，输出电压减小，（3）接触电阻如果电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻2.交流测速发电机交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。1.交流异步测速发电机（1）工作原理交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电机。空心杯转子异步测速发电机定子上有两个在空间上互差90°电角度的绕组，一为励磁绕组，另一为输出绕组，如图所示。当定子励磁绕组外接频率为的恒压交流电源励磁绕组中有电流流过，在直轴（即d轴）上产生以频率脉振的磁通。在转子不动时，脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生的磁场与励磁电源同频率的脉振磁场，也为d轴，都与处于q轴的输出绕组无磁通交链，在转子转动时，转子切割直轴磁通，在杯型转子中感应产生旋转电势，其大小正比于转子转速n，并以励磁磁场的脉振频率f交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势在杯型转子中产生交流短路电流，其大小正比于，其频率为的交变频率f，若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么电流所产生的脉振磁通的大小正比于，在空间位置上与输出绕组的轴线（q轴）一致，因此转子脉振磁场与输出绕组相交链而产生感应电势E，据上分析有2.交流同步测速发电机交流同步测速发电机又分为永磁式、感应子式和脉冲式三种。永磁式同步测速发电机实际就是永磁转子同步发电机，定子绕组感应的交变电势基本与转速成正比。而感应子式和脉冲式同步测速发电机工作原理是一致的：转子转动时，定子、转子齿槽位置相对变化，从而产生脉动的磁场与输出绕组交链，从而产生感应电动势。同步测速发电机输出的三相电压经桥式整流、滤波后变换为直流输出电压，作为自动控制系统中的速度反馈信号，相当于一台性能良好的直流测速发电机。3.测速发电机的应用测速发电机的作用是将机械速度转换为电气信号，常用作测速无件、校正元件、解算元件，与伺服电机配合，广泛使用于许多速度控制或位置控制系统中，如在稳速控制系统中，测速发电机将速度转换为电压信号作为速度反馈信号，可达到较高的稳定性和较高的精度，THANKS!!!