哈理工温度传感器自学报告

1、第二组第二组光电式转速的测量光电式转速的测量第一节转速测量的意义 在机械自动化高速发展的今天，转速是能源设备与动力机械性能测试的一个重要的特性参量，在工业和农业领域都占据了越来越重要的地位，因为动力机械的许多特性参量是根据他们与转速的函数关系来确定的，例如压缩机的排气量，轴功率，内燃机的输出功率。转速测量用于测定电机的转速，常用于电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业等，而且动力机械的震动，管道气流的脉动，各种零件的磨损状态都与转速有关，对了解设备的运行，提高工农产品的质量和效率有重要意义 转速测量技术随着科学技术的飞速发展 ,在旋转物体速率测量方式上应用了各种新的技术

2、 ,实现了测量的准确高效、安全便捷。转速表依据测量方式可分为接触式和非接触式两大类 ,转速表依据工作原理和采样方式可分为机械式、光电式、激光式、频闪式、磁电式等。目前使用纯机械式转速表的用户已经越来越少 ,并呈现将被电子计数式转速表逐渐取代的趋势。转速测量范围一般为几十转至几万转 ,测量准确度大多为 0 .1 %以下 ,极少数产品能达到 0 .0 5 %。在转速的测量中，我们往往需要的是在较大速度范围内具有高分辨率的快捷而准确的测速系统，传统的模拟式测速仪，由于受非线性，温度变化和元件老化等因素的影响，使其在转速检测的过程中很难满足快速性和准确性的要求。 随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能

3、性价比单片机的出现，转速测量开始采用以单片机为核心的数字测量方法，而智能化微处理器代替了机械式或模拟式结构，一般的转速测试可用机械式转速表、发电式转速表以及频闪式转速表，但是在有些情况下，其测量精度，瞬时稳定性不能满足更高的要求，因此在测量方法和传感器的选择上尤为重要。常用的有光电传感器、霍尔传感器、电磁传感器，而测量方法有测量周期、测量频率等。 线速度型和角速度型线速度型和角速度型转速的测量如下表转速的测量如下表工作频率工作频率50-100hz最大可测速度最大可测速度5g精度精度=10%固有频率固有频率12hz可测振幅范围可测振幅范围0.1-1000外形尺寸外形尺寸45160mm灵敏度灵敏度

4、604mv*s/cm工作线圈内阻工作线圈内阻1.9质量质量0.7kg开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被测轴比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场合往往采用闭磁路式转速传感器，如下图 当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。当被测轴感受扭矩时，轴的两端产生扭矩角，因此两个传感器输出的两个感应电动势将因扭矩而有附加相位差因此扭转角与感应电动势的相位差为其中：Z为传感器定子，转子的齿数 磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰能力，能够在烟雾，油气，水汽中工作。磁电式转速传感器输出信号强。但是由于其原理是利用旋转体改变磁路，是磁通量发生变化，从而使线圈产

5、生感应电压，如果转速很慢，旋转体改变磁路也很慢，感应电压就会很小，无法准确的测速。光电式转速测量原理光电式转速测量原理光电式速度传感器将速度的变化转换成光通量光电式速度传感器将速度的变化转换成光通量的变化，再通过光电转换元件将光通量转换成的变化，再通过光电转换元件将光通量转换成电量的变化，即利用光电脉冲变成点脉冲，光电量的变化，即利用光电脉冲变成点脉冲，光电转换的工作原理是光电效应电转换的工作原理是光电效应 直射光码盘式直射光码盘式反射式反射式 该传感器适用于道路现场进行高精度测量汽车的速度，行驶距离和对汽车进行加速，制动和滑行等的测试。采用大面积的硅光电器件作探测器。使用时安装在汽车外侧，镜

6、头对准用灯光照明的地面。汽车行驶时，地面的杂乱花纹经光学系统成像，并扫描过硅光电器件，经过光电转换和空间滤波后，传感器输出一随机窄带正弦波新号，信号的频率与车型的速度成正比。将传感器输出的信号经型带通跟踪滤波器滤波整形后，转化为彼岸准的TTL脉冲输出，每一脉冲严格对应汽车相对地面走过的一段距离。 光电式测速传感器特点是分辨率高，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。外型传感器外壳用 不锈钢材料 制成。防水结构简单，耐压能力强、密封可靠，未使用任何防水胶剂。产品应用由于传感器外壳采用不锈钢材料制做，传感器坚固耐用，主要应用于测试环境较

7、差 、振动剧烈（如：发动机等）。光电转速传感器为非接触式转速表，的量距离一般可达到2000mm左右，无需与被测量接触，测量误差小，精度高。但是持续时间不够长，比较容易破坏。 电感式传感器分类电感式传感器电感式传感器自感式自感式变面积型变面积型变间隙型变间隙型变介电常变介电常数型数型变磁阻式变磁阻式互感式互感式涡流式涡流式原理图传感器dd振振荡荡器器高高频频放放大大器器检检波波器器整整形形电电路路霍尔转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。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿

8、圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。 方案一磁电式传感器测转速方案一磁电式传感器测转速磁电式传感器是利用电磁感应原理将测量转换电势信号的磁电式传感器是利用电磁感应原理将测量转换电势信号的传感器。法拉第电磁感应定律根据电磁感应定律传感器。法拉第电磁感应定律根据电磁感应定律, ,高转速高转速磁电式转速传感器是将非电量转速信号转换为对称的脉冲磁电式转速传感器是将非电量转速信号

9、转换为对称的脉冲信号，然后由转换电路转换成方波信号，提供给后面的处信号，然后由转换电路转换成方波信号，提供给后面的处理电路使用。脉冲的额率值与转速的关系为理电路使用。脉冲的额率值与转速的关系为; ; f=zf=z* *n /60 n /60 其中其中:n:n为发动机转速、为发动机转速、f f为脉冲的频率值、为脉冲的频率值、: :为音轮的为音轮的 齿数齿数从公式中可以看出，音轮的齿数从公式中可以看出，音轮的齿数: :是个常数，转速是个常数，转速n n与脉冲与脉冲的频率值的频率值f,f,成正比关系。脉冲的频率值成正比关系。脉冲的频率值f,f,是数字量，其抗是数字量，其抗干扰能力强，精度高。干扰能力

10、强，精度高。 铁磁材料的磁感应强度为铁磁材料的磁感应强度为 B=B=H H 其中其中: :H H为磁场强度为磁场强度、 为为铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率 线圈的磁通量为线圈的磁通量为 =N =N BdsBds 由于线圈的截面积是不变的，所以上式可写为由于线圈的截面积是不变的，所以上式可写为: : =NBS=NBS线圈线圈的感生电动势为：的感生电动势为：E E=-=-dd/ /dtdt= =- -d d (NBS)/(NBS)/dtdt=- =- NSHdNSHd/ /dtdt 其中其中: :N N为线圈匝数、为线圈匝数、S S为线圈的截面积、为线圈的截面积、B B为铁磁材料的磁感为铁磁材料

11、的磁感应强度应强度, ,为铁磁材料的磁导率为铁磁材料的磁导率霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的。其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构原理图霍尔转速传感器的接线图 传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出霍尔传感器霍尔传感器传感器设计传感器设计对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,采用的是测频率法。在一定时间间隔t

12、内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为f x =Nt(1)其测量误差可以表示为：Er =测量误差值/实际测量值100 % =1N100 %电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮静止，发光二极管所发出的光被轮子挡住，所以接收管处于截止状态，1端为高电平。当电机转动一圈，会使接收管导通一次，1端输出一个低电平。如下图 12施密特A40106光电开关管R 24K7R 11KVC C根据设计好的电路图，将电源分别连接上正负15V的电源上以及2-15的调速电源上，将转速调节连接上2-15V的转速电源接光电传感器的移动电源上，观察示波器波形与频率，调节电压使转动速度变化。观

13、察频率变化，利用N=60f/z=30fr/min,计算转速。1k1 k4.7k4.7kU1、反射取样式光电传感器的工作原理是传感器红外发射管发射出红外光，接收管根据反射回来的红外光强度大小来计数的，故被检测的工件或物体表面必须有黑白相间的部位用于吸收和反射红外光，这样接收管才能有效的截止和饱和达到计数的目的。所以在选择工作点、安装及使用中最关健的一点是接收管必须工作于截止区和饱和区。 2、使用中光电传感器的前端面与被检测的工件或物体表面必须保持平行，这样光电传感器的转换效率最高。 3、光电传感器的前端面与反光板的距离保持在规定的范围内。 4、光电传感器必须安装在没有强光直接照射处，因强光中的红

14、外光将影响接收管的正常工作。 5、光电传感器的红外发射管的电流在210mA之间时发光强度与电流的线性最佳，所以在电流取值一般不超过这个范围，若取值太大发射管的光衰也大长时间工作影响寿命；若在电池供电的情况下电流取值应小，此时抗干扰性下降，在结构设计时应考虑这点，尽量避免外界光干扰等不利因素光电传感器在具体的工作环境中最佳工作状态的参数选择方法：根据实际的检测距离选取光电传感器的型号。安装好传感器，做好工件或物体表面的取样标志。在使用过程中，温度的变化会产生电路变化，进而产生误差，所以在转化电路后接一个温度补偿电路，如下图在实验中要熟悉电路，了解电阻、电容、放大电路的连接方式，注意电压的选择，电

15、阻的平衡。由于对传感器的输入输出特性不了解，转换电路和后期整流电路都存在着一些弊端，还有待继续改进。因为没有仿真软件，时间也较紧迫，所以对整个设计的修改并不完善，后期还会继续修改设计。在实验设计中耐心调整、认真记录数据和后期处理都很重要。在设计时,三种传感器有不同的优点和缺点，在选择时，应注意我们测量的数据的要求，对稳定性，精确度，测量时间，等不同因素的取舍。在选择传感器后。应该注意传感器细节之处，比如，传感器对光线的强度的需求,转换电路对精度的影响等等 在设计时,三种传感器有不同的优点和缺点，在选择时，应注意我们测量的数据的要求，对稳定性，精确度，测量时间，等不同因素的取舍。在选择传感器后。应该注意传感器细节之处，比如，传感器对光线的强度的需求,转换电路对精度的影响。在这次自学的经过中，我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验:一定要将课本上的知识