第五章 机械位移传感器 5.5 测速传感器

5.5 测速传感器 2学时 目录 一、教学内容 1、测速传感器分类 2、测速传感器工作原理 3、带式输送机测速传感器选用 4、带式输送机测速传感器安装 5、带式输送机测速传感器调试（自学） 二、归纳总结 三、作业

5.5 测速传感器 教学目标 (1) 光电、磁性、霍尔式速度传感器等测速传感器的工作原理与特性； (2) 能够在带式输送机上正确安装测速传感器； 教学重点难点 重 点 难 点 测速传感器的工作原理、选型 测速传感器的安装与调试

5.5 测速传感器 带式输送机 带式输送机广泛应用于各个行业，物件的组装、检测、调试、包装及运输等。带式输送机中比较重要的一点就是输送机的转速测量。

5.5 测速传感器 1—电机 2—机械闸 3—减速机 4—带式输送机 5—刹车泵 6—弹性联轴器 7—测速盘 8—测速传感器 9—液压站 10—电控柜

5.5 测速传感器 一、测速传感器的分类 （1）、按传感器的安装方式来分，有接触式和非接触式两种； （2）、按传感器的类别来分，就有磁电、磁敏、光电（光纤）、霍尔、电涡流等方式； 光电式转速传感器 磁电式转速传感器 霍尔式转速传感器

5.5 测速传感器 二、测速传感器的工作原理 1、光电式转速传感器 光电式速度传感器是将速度的变化转变成光通量的变化，再通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量变化，即利用光电脉冲变成电脉冲。 光电转换元件的工作原理是光电效应。所谓光电效应就是指物体吸收光能后产生的电效应。可分为3类。 （1）外光电效应：它是指物质在光的照射下发生电子逸出的现象。如光电管,光电倍增管等。 （2）内光电效应：它是指材料在光的照射下发生电阻率变化的现象。如光敏电阻，光导管等。 （3）光生伏特效应：它是指物体在光的照射下，其内部产生一定电势的现象。如光敏二极管，光敏晶体管，光电池等。

5.5 测速传感器 光电式转速传感器的工作原理： 光电式光速传感器是由装在轴上的带孔或缝隙的旋转盘（光电编码盘），光源，光接收器等组成，输入轴与被测轴相连接。光源发出的光通过缝隙旋转盘照射到光敏器件上，使光敏器件感光并产生电脉冲。转轴连续转动，光敏器件就输出一系列与转速及带缝隙旋转盘上缝隙数成正比的电脉冲数。在指示缝隙数一定的情况下，该脉冲数和转速成正比。 （a）光线被遮住，接收器无信号 （b）光线未被遮住，接收器有信号

5.5 测速传感器 光电式转速传感器的工作原理： 当带缝隙的旋转盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的相同，因此带缝隙旋转盘每转一周，光敏器件输出与之相等的电脉冲，根据测量时间内的脉冲数N就可测出测速为 ： n=60N/Zt 式中，Z为带缝隙旋转盘上的缝隙数：n为转速 电脉冲送入测量电路进行放大和整形后，再送入频率计显示。也即可专门设计一个计数器进行计数和显示

5.5 测速传感器 2、磁电式转速传感器 磁电式转速传感器的工作原理: 磁电式转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速的，属于非接触式转速测量仪表。磁电式转速传感器可用于表面有缝隙的物体转速测量，有很好的抗干扰性能，多用于发动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。 磁电式转速传感器的工作原理: 磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。

5.5 测速传感器 磁电式转速传感器的工作原理 磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。 磁电式传感器主要由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。当柴油机运行时，触发轮与传感器之间的间隙周期性变化，磁通量也会以同样的周期变化，从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。

5.5 测速传感器 3、霍尔式转速传感器 霍尔传感器是一种磁传感器。可以检测磁场及其变化。 霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。

5.5 测速传感器 霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。 霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电压差。

5.5 测速传感器 霍尔效应 在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导体中的电子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过霍尔效应不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。 d :薄片的厚度 K:为霍尔系数

S N 5.5 测速传感器 霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。 霍尔器件 磁铁 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。

5.5 测速传感器 霍尔元件 磁铁 只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。

5.5 测速传感器 开关型霍尔集成电路的外形及内部电路 施密特触发电路 Vcc 霍尔 元件 OC门 双端输入、 单端输出运放 .

5.5 测速传感器 三、测速传感器的选用 1．测频法 测频法误差 传感器将转轴的旋转速度转换为电脉冲信号，经电路放大、整形后送电子计数器显示相应的被测转速值。一般对中、高转速信号采用测频法，对低转速信号采用测周法测量。 1．测频法 测频法误差 在电子计数器采样时间内对转速传感器输出的电脉冲信号进行计数。利用标准时间控制计数器闸门。当计数器的显示值为N时，被测量的转速n为

5.5 测速传感器 三、测速传感器的选用 2．测周法：通过对被测信号进行分频来提供计数时间，而计数器是对晶体振荡器的输出信号脉冲进行计数。这里用被测周期T来控制闸门，填充时间0进入计数器计数N。为了提高周期测量的准确度，通过将周期信号分频，使被测量的周期得到倍乘。故被测量的转速n为 k为周期倍乘数1，10，100…. 晶振周期 N为计数器计数值 Z为传感器细分数

5.5 测速传感器 三、测速传感器的选用 3．测频测周法 。采用三个定时/计数器，同时对输入脉冲、高频脉冲（由振荡器产生）、及预设的定时时间进行定时和计数，m1反映转角，m2反映测速的准确时间，通过计算可得转速值n。 n-转速值。单位：（转/分）； fc-晶体震荡频率：单位（Hz）； m1-输入脉冲数，反映转角； m2-时基脉冲数。

5.5 测速传感器 三、测速传感器的选用 4．光电转速传感器的优点。 （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。 （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。

5.5 测速传感器 5、磁电式传感器特点：负载电阻越小，转速越快，输出特性曲线越弯曲。 磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作。磁电式转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及表面有缝隙的转动体都可测量。 磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 1、霍尔转速传感器测速实验 根据霍尔效应表达示UH=KHIB，当KHI不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周，表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次。此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 1、霍尔转速传感器测速实验 （1）、根据图，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。 （2）、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、黑（ ），不要接错。 （3）、将霍尔传感器输出端（蓝线）插入数显单元F。 （4）、将转速调解中的2—24V转速电源引到转动源的2—24V插孔。 （5）、将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示转速。 （6）、调节电压使转动速度变化，观察数显表转速显示的变化。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 1、霍尔转速传感器测速实验 由以上数据可得：电压越大，转速越快 电压（V) 4 5 8 10 15 20 转速（转/分） 540 940 1255 1815 2265 由以上数据可得：电压越大，转速越快 利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 2、磁电式传感器转速测量实验 磁基于电磁感应原理，Ｎ匝线圈所在磁场的通变化时，线圈中感电应势： 发生变化，因此当转盘上嵌入Ｎ个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生Ｎ次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 2、磁电式传感器转速测量实验 （1）、根据右图，传感器端面离转 动盘面2mm左右，并且对准反射面 内的磁钢。将磁电式传感器输出端插入数显单元Fi孔。（磁电式传感器两输 出插头插入台面板上二个插孔） （2）、将波段开关选择转速测量档. （3）、将转速调节电源2-24V用引线引入到台面板上转动源单元中转动电源2-24V插孔，合上主控箱电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 2、磁电式传感器转速测量实验 电压（v） 2 3 4 5 6 7 8 9 10 转速（转/分） 455 680 875 1030 1170 1295 电压（v） 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 转速（转/分） 1400 1535 1635 1705 1780 1865 1960 2040 2220 2546 为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？磁电式转速传感器是利用旋转体改变磁路，使磁通量发生变化，从而使其线圈产生感应电压，如果转速很慢，旋转体改变磁路也很慢，磁通量的变化也很慢，感应电压就会很小，就无发正确地测定转速。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 3、光电式传感器测速实验 光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 3、光电式传感器转速测量实验 （1）、光电转速传感器安装如下图所示，在传感器支持架上装上光电转速传感器，调节度，使传器端面离平台表面2-3mm，将传感器引线分别插入相应插孔，其中红色接入直流电源+5V，黑色为接地端，蓝色输入主控箱Fi 。转速／频率表置“转速”档。 （2）、将转速调节2-24V接到转动源2-24V插孔上。 （3）、将光电传感器蓝色实验端子与数显电压表Vi端相接， 数显表的切换开关选择开关拨到20V档，（1）用手转动盘， 使探头避开反射面（暗电流），和尚主控箱电源开关，调节 Rw2使数显表显示接近零，此时Rw1处于中间位置。（2） 在用手转动圆盘，是光纤探头对准反射点，调节升降支架高 低，使数显表指示最大，重复（1）（2）步骤，直至两者的电压差至最大，再将Vo1与转速/频率数显表Fi输入端相接数显表的波段开关拨到转速档。合上主控箱电源开关，使电机转动并从转速／频率表上观察电机转速。如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。

5.5 测速传感器 四、测速传感器的安装与调试 3、光电式传感器转速测量实验 电压（v） 2 3 4 5 6 7 8 9 10 转速（转/分） 345 540 760 935 1115 1280 1410 电压（v） 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 转速（转/分） 1540 1650 1740 1840 1925 1965 2035 2105 2180 2602

5.5 测速传感器 归纳总结 作业