第五章 磁电式传感器
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用
电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等） 转换成电信号的一种传感器。 它不需要辅助电源 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信 号, 是有源传感器。由于它输出功率大且性能稳定,
具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以得到
变磁通式传感器对环境条件要求不高，温度范围-150~+90， 可以在油、水雾、灰尘等条件下工作。 磁电感应式传感器只适用于动态测量。
闭磁路变磁通式, 它由装在转轴上的内齿 轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成, 内外 齿轮齿数相同。 当转轴连接到被测转轴上时, 外齿轮不动, 内齿轮随被测轴而转动, 内、外 齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化, 从而引起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周 期性变化的感生电动势。显然，感应电势的 频率与被测转速成正比。
感器输出的感应电压u1和u2存在相位差。这个相
位差与扭转轴的扭转角成正比。 这样传感器就 可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号。
第二节
霍尔式传感器
一、工作原理
1. 霍尔效应 将金属或半导体薄片置于磁场B中，当有电流通 过时，在垂直于电流与磁场的方向上产生霍尔电 势UH。此现象为霍尔效应。
U H KH IB
(二)霍尔元件
由霍尔片、四根引线和壳体组成
a, b两根引线，称为控制电流端引线 c, d两根引线，称为霍尔输出引线
霍尔元件符号
基本电路
RW调节控制 电流的大小。
RL为负载电 阻，可以为 放大器的内 阻或指示器 内阻。 霍尔效应建立的时间极短（10-12～10-14S），I、 即可以是直流，也可以是交流。
4．采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝等)
a)输入回路串接热敏电阻，b)输入回路并接电阻丝
热敏电阻具有负的温度系数 电阻丝具有正温度系数 Abc霍尔元件为锑化铟，霍尔输出具有负温度系数
c)输出回路串接热敏电阻，d)输入回路并接热敏电阻
d中霍尔输出具有正温度系数
5．霍尔元件不等位电势 U 0 的温度补偿
普遍应用。
定义 利用电磁感应原理将被测量（如振动、 位移、转速等）转换成电信号的一种传感 器。 直接将机械能转换为电能，是有源传 感器。
第一节 磁电感应式传感器
一、类型及其工作原理
电磁感应定律
分类：恒定磁通式：动圈式、动铁式 变磁通式：开磁路、闭磁路
N
S
N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在
①霍尔元件处于中间 位置位移Δx=0时，由 于B=0，所以UH=0 ②霍尔元件左、右移, Δx ≠ 0，合成磁感应强 度B≠0， UH ≠ 0
U H kH IB kH IB( x) kH Ik0 x kx
(二)霍尔式压力传感器
f Z n / 60
当齿轮的齿数Z确定以后，若能测出f就可求出转 速n(n＝60f／z)。 这种传感器结构简单，但输出信号小，转速 高时信号失真也大，在振动强或转速高的场合， 往往采用闭磁路。
闭磁路变磁通式
f n / 30 f Z n / 60
1-被测旋转体，2-测量齿轮，3-线圈，4-软铁，5-永久磁铁
磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动
势e的大小取决于穿过线圈的磁通 的变化率，
即
d e N dt
当线圈的导体与磁场之间做相对切割磁力线运动 时，在导体中产生感应电动势。由此可设计一类恒磁 通式磁电传感器。用于测量振动及线速度。
e BvlN0
N B工作气隙磁感应强度，V运动速度，L每砸线圈平均长度， 0 工作匝数
正负电极之间形成电势为霍尔电势。
fl f E UH E b
E vB U H bvB
b-薄片的宽度，d-厚度
I I nevbd v n-单位体积中的电子数 bdne N电子浓度 IB RH UH IB K H IB ned d
RH 霍尔系数 kH
kHt kH 0[1 (t t0 )]
Rit Ri 0 [1 (t t0 )]
因为
霍尔元件灵敏度温度系 数， 元件电阻的温度系
数
I IP IH
I P RP I H Ri
因此
RP I IH RP Ri
温度
t0 时
IH 0 RP 0 I RP 0 Ri 0
RP Ri 0
2．合理选取负载电阻 RL 的阻值
RLU H 0 [1 (t t0 )] UL RL Ro 0 [1 (t t0 )]
dU L 0 使 d (t t0 )
得
RL Ro 0 1
3．采用恒压源和输入回路串联电阻
e BlN0v
式中: B——工作气隙磁感应强度;
l ——每匝线圈平均长度;
N 0 ——线圈在工作气隙磁场中的匝数;
v——相对运动速度。
特点：
1、磁路系统产生恒定的直流磁场。气隙不变，
磁通不变。
2、磁铁与线圈之间相对切割磁力线运动。
线圈产生的感应电势为
e BlN0v
（二）变磁通式
RH 1
ne
由载流材料的物理性质决定
灵敏度系数，与载流材料的物理性质和几何尺寸有关
kH RH / d
RH
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁 移率μ的乘积。若要霍尔效应强, 则RH值大, 因此 要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。
一般金属材料载流子迁移率很高, 但电阻率 很小; 而绝缘材料电阻率极高, 但载流子迁移率极 低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。
二、设计要点 1.工作气隙
d 1 ld 4
d工作气隙，l工作气隙宽度
2．永久磁铁 使永久磁铁尽可能工作在最大磁能积上。 3．线圈组件 在高精度传感器中，线圈磁场效应不能忽 略，采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。
三、 磁电感应式传感器的应用
1. 动圈式振动速度传感器
1、8-圆形弹簧片，2-圆环形阻尼器，3-永久磁铁，4-铝架，5-心轴，6-工作线圈，7-壳体，9-引线
二、霍尔元件的误差及其补偿 产生误差的原因：一是制作工艺、制作水平的 限制。二是外界温度的影响。 （1）不等位电势U0及其补偿
B=0，I≠0，UH=U0 ≠0。 U0 为不等位电势。 产生原因：
①霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何 尺寸不均匀; ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。
灵敏度系数，表示单位磁感应强度和单位控制电流时霍尔电动势的大小
电子在磁场中受洛伦兹力作用（右手螺旋定则）
f l e(v B )
电子向极板一 方偏转，积累 电子。一边积 累负电子，另 一边积累正电 荷，形成电场。
其中e为电子电荷量 其中E为电场强度
电场力
当
f E eE
f E f l 时，电荷积累达到动态 平衡。
调节电位器Rp可以消除不等位电势。电桥由温度系数低的电阻构 成，在某一桥臂电阻上并联一热敏电阻。当温度变化时，热敏电 阻将随温度变化而变化，使电桥的输出电压相应变化，仔细调节， 即可补偿霍尔电势的变化，使其输出电压与温度基本无关。
三、 霍尔式传感器的应用
（一） 霍尔式位移传感器
U H kx
K位移传感器灵敏度
工作原理 传感器与被测物体刚性连接, 当物体振动时, 传感器外壳和永久磁铁随之振动, 而架空的芯轴、 线圈和阻尼环因惯性而不随之振动。 因而, 磁路空 气隙中的线圈切割磁力线而产生正比于振动速度 的感应电动势,线圈的输出通过引线输出到测量电 路。该传感器测量的是振动速度参数。
2.磁电式扭矩传感器
两电极点不在 同一等电位面上
等电位面歪斜
不等位电势补偿方法：可以采用分析电阻的方法来
找到不等位电势的补偿方法。
霍尔元件等效电路
等效为四臂电桥
几种不等位电动势的补偿电路(并电阻)
不对称补偿简单，对称补偿温度稳定性好
2.寄生直流电势
当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔 输出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量， 称为寄生直流电动势
温度为t时
I Ht
RP RP I I RP Rit RP Ri 0 [1 (t t0 )]
为了使霍尔电势不随温度而变化，必须保证
kH 0 I H 0 B kHt I Ht B
将有关式代入可得
RP Ri 0
通常霍尔元件的灵敏度温度系数远小于元件 的电阻温度系数，因此
原因：
①由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而
形成整流效应;
②两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不同 引起温差所产生的。 因此，元件在制作安装时，尽量使电极欧姆连 接，并做到散热均匀，有良好的散热条件。
（二） 霍尔元件温度误差及补偿
霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它们 的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化 时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍 尔系数都将发生变化,致使霍尔电动势变化，产生 温度误差。
v N L
e
S
（一）恒定磁通式
动圈式
动铁式
恒磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧 磁路中的工作气隙固定不 变, 因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈 （动圈式）, 也可以是磁铁（动铁式）, 动圈式（（a））和动 铁式（ (b)）的工作原理是完全相同的。 当壳体随被测振动 体一起振动时, 由于弹簧较软, 运动部件质量相对较大。当振 动频率足够高（远大于传感器固有频率）时, 运动部件惯性很 大, 来不及随振动体一起振动, 近乎静止不动, 振动能量几乎全 被弹簧吸收, 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动 体振动速度, 磁铁与线圈的相对运动切割磁力线, 从而产生感 应电势为
磁电式传感器
位置检测
用于检测汽车各部件的位置，如节气门位置、油门踏板位置等，实现精确控制。
车速检测
通过测量汽车轮速或发动机转速，将机械旋转转换为电信号，用于车速表、里程计等。
安全性应用
在制动系统、安全气囊等安全相关系统中，磁电式传感器用于检测关键参数，确保系统可靠运行。
03
导航系统
在惯性导航系统中，磁电式传感器用于测量飞行器的加速度和角速度，提供导航信息。
宽测量范围
快速响应：由于磁电感应原理的特性，磁电式传感器具有快速响应的特点。
磁电式传感器的性能可能受到温度的影响，需要进行温度补偿以保证测量准确性。
在某些情况下，磁电式传感器的输出信号与被测物理量之间可能存在非线性关系，需要进行校准和修正。
非线性误差
受温度影响
04
CHAPTER
磁电式传感器在各个领域的应用实例
03
02
01
将位移、角度等物理量转换为周期性变化的电信号，通过计数和处理得到被测物理量的数值。
原理
分辨率高，测量精度高，可靠性好，适用于高速、高精度测量系统。
特点
用于高精度位置反馈系统，如伺服电机控制系统、自动化生产线等。
应用
03
CHAPTER
磁电式传感器工作原理与性能参数
磁电感应原理
磁电式传感器利用磁电感应原理，将被测物理量的变化转换为感应电动势或感应电流的变化。当被测物理量与磁场相互作用时，会在传感器内部产生感应电动势或感应电流，进而实现测量。
智能化
通过集成多种测量原理和功能模块，磁电式传感器将实现多参数、多量程的测量，满足复杂应用场景的需求。
多功能化
灵敏度与稳定性
在复杂电磁环境下，提高磁电式传感器的抗干扰能力是关键，需要研究先进的噪声抑制和信号提取技术。
传感器原理与应用习题_第5章磁电式传感器
第5章 磁电式传感器习题集与部分参考答案5-1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线性的原因。
5-2 试述相对式磁电测振传感器的工作原理和工作频率范围。
5-3 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。
如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施；若要提高其上限又可采取什么措施？5-4 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理？说明其原理。
5-5 为什么磁电式传感器要考虑温度误差？用什么方法可减小温度误差？5-6 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件（动圈）的尺寸如图P5-1所示：D1=18mm ，D2=22mm ，L=39mm ，工作气隙宽Lg=10mm ，线圈总匝数为15000匝。
若气隙磁感应强度为0.5515T ，求传感器的灵敏度。
5-6 解：已知D1=18mm ，D2=22mm ，L=39mm ，Lg=10mm ，W=15000匝，Bg=0.5515T 工作气隙的线圈匝数Wg=（总匝数W/线圈长度L ）*气隙长度Lgg g W l B K 0=，2)(210D D l +=π5-7 某磁电式传感器固有频率为10Hz ，运动部件（质量块）重力为2.08N ，气隙磁感应强度B g =1T ，工作气隙宽度为t g =4mm ，阻尼杯平均直径D CP =20mm ，厚度t=1mm ，材料电阻率m mm /1074.128⋅Ω⨯=-ρ。
试求相对阻尼系数ξ=？若欲使ξ=0.6，问阻尼杯璧厚t 应取多大？ 5-8 某厂试制一磁电式传感器，测得弹簧总刚度为18000N/m ，固有频率60Hz ，阻尼杯厚度为1.2mm 时，相对阻尼系数ξ=0.4。
今欲改善其性能，使固有频率降低为20Hz ，相对阻尼系数ξ=0.6，问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大？5-9 已知惯性式磁电速度传感器的相对阻尼系数ξ=2/1，传感器-3dB 的下限频率为16Hz ，试求传感器的自振频率值。
5-10 已知磁电式速度传感器的相对阻尼系数ξ=0.6，求振幅误差小于2%测试时的n ωω/范围。
磁电式传感器的工作原理
一、引言磁电式传感器（magnetic-electric sensor）是一种常见的传感器类型，广泛应用于各个领域中，包括工业自动化、交通运输、机器人、医疗设备等。
磁电式传感器利用磁力与电磁感应的原理，将磁场的变化转化为电信号，从而实现对磁场强度、方向或位置的检测。
本文将详细解释磁电式传感器的工作原理，包括其基本原理、结构、工作方式以及应用领域。
二、磁电式传感器的原理1. 电磁感应原理磁电式传感器的工作原理基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁力线穿过时，会在导体中产生电动势。
这种现象可以用以下公式表示：EMF = -dΦ/dt其中EMF表示电动势，Φ表示磁场通量，dt表示时间的微小变化。
根据该定律可知，当磁场强度或磁场方向发生变化时，会在导体中产生电动势。
2. 磁电效应原理磁电式传感器的核心部件是磁电材料，如铁电材料或磁电材料。
磁电材料具有磁电效应，即在外加磁场的作用下，会产生磁感应强度与电场强度之间的线性关系。
磁电效应可以通过以下公式表示：E = k * H其中E表示电场强度，k表示磁电系数，H表示磁场强度。
根据该公式可知，当磁场强度发生变化时，磁电材料会产生相应的电场强度变化。
3. 磁电式传感器的构成磁电式传感器通常由磁电材料、电极、封装以及相关电路组成。
磁电材料：磁电材料是磁电式传感器的核心部件，它通过磁电效应将磁场的变化转化为电场的变化。
常见的磁电材料包括铁电材料和磁电材料。
电极：电极用于连接磁电材料和外部电路，将磁电材料产生的电场信号引出。
封装：封装是保护磁电材料和电极的外壳，通常采用环氧树脂或金属外壳进行封装。
相关电路：相关电路包括放大电路、滤波电路和输出电路等，用于放大和处理磁电材料产生的电场信号，提供给外部电路使用。
4. 磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理基于磁电效应和电磁感应的原理。
当存在磁场时，磁电材料会产生相应的电场变化。
根据电磁感应原理，当磁场的强度或方向发生变化时，会在磁电材料中产生电动势。
电动势传感器
2）极化过程
直流电场E
剩余极化强度
电场作用下的伸长 (a)极化处理前 (b)极化处理中
剩余伸长 (c)极化处理后
在电场的作用下，电畴分子团有规则排列趋于外电场方向）， 从而使材料得到极化，图b所示。外电场去除后，其内部残存 剩余极化强度图c所示。 压电陶瓷经过极化处理之后就具有一定的压电效应。
3）压电效应分析
a、电压放大器
Ca
－A
Ua
Ca Ua USC R C (b) Ui
－A
USC
Cc Ra
Ri (a)
Ci
图中，等效电阻R为
等效电容为 外力作用时
Ra Ri R Ra Ri
C=Cc+Ci
Fm——力的幅值
F Fm sin t
根据压电效应：
Q d F d Fm sin wt (d 压电系数）
第五章 电动势传感器
主讲人：姚兰
dancyyao＠
被测量
感应电动势E
主要内容： 一、磁电式传感器 二、霍尔传感器 三、压电传感器
一、磁电式传感器
1.工作原理 根据法拉第电磁感应定律，线圈在磁场中运动 切割磁力线，线圈内产生感应电动势E。 d E dt 磁场强度B，线圈N匝，平均长度为 L，相对磁场运动速度为 v dx dt 则： E N d NBl dx NBlv dt dt
P P2 P3 0 合电偶极距为零，不呈现极性。 1
b)当X轴方向上加压力Fx<0时（纵向压电效应）
P , P2 , P3 ( P P2 P3 ) 0 1 1
在X轴的正方向出现正电
c)当X轴方向上加拉力Fx>0时（纵向压电效应）
05磁电式传感器-霍尔传感器
(a) 霍尔元件外形
(b)电路符号
(c) 基本应用电路
3．霍尔元件的主要特性及材料 1) 霍尔元件的主要特性参数
(1) 灵敏度kH：表示元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所 得到的开路（RL=∞）霍尔电动势，单位为V/(A·T)。
(2) 霍尔输入电阻Ri：霍尔控制电流电极间的电阻值。 (3) 霍尔输出电阻Ro：霍尔输出电极间的电阻值。 (4) 霍尔电阻的温度系数α：表示在一定的磁感应强度和 控制电流的条件下，环境温度每变化1℃时霍尔元件材料的 电阻变化率，单位为%/℃。
R
i0
2) 合理选择负载电阻RL的阻值 霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电动势UH都是温度的函数(设为正 温度系数)，当霍尔元件接有负载RL时，在RL上的电压为：
UL R L U H 0 [1 ( t t 0 )] R L R o 0 [1 ( t t 0 )]
为了负载上的电压不随温度变化，应使dUL/d(t-t0)=0，即
在上述的4种零位误差中，寄生直流电动势、感应零电动势以及 自激场零电动势，是由于制作工艺上的原因而造成的误差，可以 通过工艺水平的提高加以解决。而不等位电动势所造成的零位误 差，则必须通过补偿电路给予克服。 霍尔元件结构及等效电路如图
在理想情况下R1=R2=R3=R4，即可取得零位电动势为零(或零位电阻 为零)，从而消除不等位电动势。实际上，若存在零位电动势，则 说明此4个电阻不完全相等，即电桥不平衡。为使其达到平衡，可 在阻值较大的桥臂上并联可调电阻 RP 或在两个臂上同时并联电阻 RP 和R。
霍尔效应演示
B
C D A
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内 侧偏移，在半导体薄片A、B方向的端面之间建立起霍尔电 势。
习题参考答案5-磁电式传感器
习题5五、磁电式传感器习 题5-1某磁电感应式速度传感器总刚度为3200N/m ，测得其固有频率为20Hz ，今欲将其固有频率减小为10Hz ，问刚度应为多大？答：磁电感应式速度传感器总刚度K ，质量m ，及固有角频率ω0之间的关系为20ωm K =20220120220121ωωωω==m m K K m N f f K K /8002010320032002220220120220121=⨯=⨯==ωω 5-2已知磁电式速度传感器的技术参数如下：频率范围20~1000Hz ，幅值范围为5mm （峰峰值），加速度幅值范围为0.1~30g （g=9.8m/s 2为重力加速度），无阻尼固有频率为5Hz ，线圈电阻为600Ω，横向灵敏度最大为20%，灵敏度为4.88±0.2V/（m/s ），质量为170g 。
（1）在有效载荷作用下测得最低频率时位移的振幅为5mm ，试计算这时的输出电压值。
（2）频率为100Hz 时测得输出电压幅值为0.5V ，确定这时的速度和相应的位移。
答:假设振动是简谐运动，即振动位移t A x ωsin = 则t A dtdx v ωωcos ==振动速度幅值 ωA A v = 则t A dt dv a ωωsin 2-== 振动加速度幅值 2ωA A a = （1）s m fA A A v /628.010520223=⨯⨯⨯===-ππω用K 表示传感器的灵敏度V KA U v o 06.3628.088.4=⨯==（2）s m K U A o v /102.088.45.0=== m f A A A v v41062.11002102.02-⨯=⨯===ππω5-3 霍尔元件灵敏度K H =40V/（A·T ），控制电流I=3.0mA ，将它置于变化范围为的线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围为多大？答：IB K U H H =T B 4101-⨯=时，V U H 543102.110110340---⨯=⨯⨯⨯⨯=T 44105~101--⨯⨯T B 4105-⨯=时，V U H 54310610110340---⨯=⨯⨯⨯⨯=所以输出霍尔电势的范围为V 55106~102.1--⨯⨯5-4 某霍尔元件L ×b ×d 为 ,其灵敏度系数为 ,沿L 方向通过工作电流 I=5mA,垂直于b ×d 面方向的均匀磁场B=0.6T.求其输出的霍尔电势是多少?答：T IB K U H H 33106.36.01052.1--⨯=⨯⨯⨯==mm mm mm 2.048⨯⨯)/(2.1T mA mV ∙。
传感器唐文彦5磁电式传感器
a)开磁路
感应电动势频率
a)闭磁路
f nz (Hz) 60
11cgq05_1
数字量
6
闭磁路型 转
环频 轴 境率 条下 件限 要较 求高 低; ；
内齿轮
外齿轮
内外齿轮的齿数相同
11cgq05_1
7
其中永久磁铁(俗称“磁钢”)与线圈 均固定，动铁心(衔铁)的运动使气隙和磁 路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产 生感应电势，因此又称变磁阻式结构。
11cgq05_1
2
一、类型及工作原理
电磁感应：N匝线圈在磁场中运 动切割磁力线或线圈所在磁场的磁 通发生变化时，线圈中产生的感应 电动势为
e N d
dt
根据这一原理，可以设计成恒定磁通式和 变磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速 度的磁电式传感器。
11cgq05_1
3
1、恒定磁通式
11cgq05_1
42
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
线性型三端 霍尔集成电路
11cgq05_1
43
开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳 压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集 电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门 由高阻态变为导通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍 尔器件如UGN3020等。
速度。
11cgq05_1
17
设 kH=RH / d
第5章 磁电式传感器 3
3、磁电式测扭矩传感器 ■扭矩
扭矩是使物体发生转动的力 扭矩是指旋转装置旋转时，所需要的力矩，单位是牛顿· 米。 （旋转装置旋转时，正常工作范围内可以加载的最小力矩）
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 扭矩是汽车发动机的主要技术指标之一，它反映在汽车性能上， 包括加速度、爬坡以及悬挂能力等。 它的定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复一次做用一定的功， 它的单位是牛顿；在每个单位距离所做的功就是扭矩。 扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与 发动机的功率成正比。 在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。
当传感器线圈相对运动的速度 和方向改变时，由 i 产生的附 加磁场的作用也随之改变 ， 从而使传感器的输出有谐波失 真。线圈中的电流越大，这种 非线性就越严重。
v Φ N
i
Φi
e
S
采用补偿线圈，可使其产生的 传感器线圈电流 i 的磁场效应 交变磁通与线圈本身产生的交 变磁通相互抵消。 气隙磁场不均匀也是造成传感器非线性误差的原因之一。
磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速） 转换成电信号的一种传感器。
磁电式传感器不需要辅助电源，就可把被测对象的机械能转换成 有用的电信号，是一种无源传感器。也称为电动式传感器。 本章介绍磁电式传感器有：
●磁电感应式传感器
●霍尔式传感器
3
第一节 磁电感应式传感器
一、工作原理及结构
二、磁电感应式传感器的误差分析 三、磁电感应式传感器的应用
ld
N
永久磁铁
v
弹簧
支架 线圈 软铁 磁路
式中： B 工作气隙磁感应强度 l 每匝线圈的平均长度 v 线圈相对于磁场的运动速度 W 线圈处于工作气隙磁场中的线圈匝数，工作匝数
[工学]5磁电式磁栅式霍尔式传感器
（二）
霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此 它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温 度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、 电阻率及霍尔系数都将发生变化,致使霍尔电动 势变化，产生温度误差。
1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻 补偿思想
由U H KH IB T 0 KH ; T 0 Ri Ii
每次供水的时间长短，取决于C2、R4、RP1的充电时间
常数。
自动供水装置电路原理图
第三节 磁栅式传感器
磁栅式传感器主要由磁栅和磁头组成。磁栅上 录有等间距的磁信号，利用磁带录音的原
理将等节距的周期变化的电信号用录磁的方法记录 在磁性尺子或圆盘上而制成的。装有磁栅
传感器的仪器或装置工作时，磁头相对于磁栅将占 有一定的相对位置或相对位移，在这个过程中，磁 头把磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或 位移转换成电信号。
(并联电阻RP的分流作用） U H不变。
温度 t0 时，元件灵敏度系数为 kH 0 ,输入电阻
为 Ri0 ，温度为t时，他们分别为 kHt ，Rit
kHt kH 0[1 (t t0 )]
Rit Ri0[1 (t t0 )]
因为 I IP IH
因此
IP RP IH RH
由fl fE E vB
而 E UH b
U H bvB
由 I nevbd 则 v I bdne
UH
IB ned
RH d
IB
KH IB
可以推出 RH
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移 率μ的乘积。若要霍尔效应强, 则RH值大, 因此要 求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。
磁电式传感器
Hale Waihona Puke 电式传感器磁电式传感器的优点和局限性
磁电式传感器具有以下优点：结构简单、可 靠性高、寿命长、测量准确度高、抗干扰能 力强等。同时，磁电式传感器也存在一些局 限性，例如对温度和湿度的变化比较敏感， 容易受到外界磁场的影响，以及输出信号较 小需要放大处理等。因此，在实际应用中需 要根据具体需求选择合适的传感器类型和规 格
磁电式传感器
磁电式传感器的未来发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，磁电式传感器的发展趋势如下
高精度与高可靠性：为了满足各种高精度和高可靠性应用的需求，需要不断提 高磁电式传感器的测量准确度和稳定性。可以采用新型材料和技术手段优化传 感器的结构和工艺，提高其性能指标。同时加强传感器的可靠性设计，提高其 稳定性和使用寿命
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由于其结构简单、测量准确、可靠 性高、寿命长等优点，磁电式传感 器在工业自动化、航空航天、能源、
交通等领域得到了广泛应用
磁电式传感器
磁电式传感器的原理
磁电式传感器的工作原理基于法 拉第电磁感应定律，当导体线圈 在磁场中作切割磁感线运动时， 线圈中就会产生感应电动势。感 应电动势的大小与导体线圈的匝 数、磁感应强度B、线圈面积和 切割速度成正比。因此，通过测 量感应电动势的大小，就可以确 定被测量的变化
由于磁电式传感器具有测量准确、可靠性高、寿命长等优点，因此广泛应用于以下领域
电力工业：用于测量发电机、变压器的磁场电流和位移，以及电缆的局部放电 等 航空航天：用于测量飞机的飞行速度、加速度、陀螺仪等 能源：用于风力发电机的转速和功率测量，以及水轮机的流量和压力测量等
磁电式传感器 1 交通：用于测量汽车和火车的速度、加速度、里程表等 2 机器人：用于机器人的定位、导航和控制等 3 环境监测：用于测量空气质量、水质等环境参数 4 自动化生产线：用于测量生产线上物体的位置、速度等参数，实现自动化控制 5 医疗器械：用于测量心脏、呼吸等生理参数 6 安全监控：用于监控摄像头、红外探测器等安全设备中的磁场变化，实现报警功能 7 科学实验：用于磁场、电流等物理量的测量和实验研究