转速测量

传感技术自学报告

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目录

第1章 转速测量文献综述 ................................................................................ 1 1.1 转速测量的意义 ....................................................................................... 1 1.2 转速测量现状 ........................................................................................... 1 1.2.1 磁电式转速测量 ................................................................................ 2 1.2.2 光电式转速测量 ................................................................................ 3 1.2.3 离心式转速测量 ................................................................................ 5 第2章 总体方案设计 ........................................................................................ 7 2.1 方案一 ....................................................................................................... 7 2.2 方案二 ....................................................................................................... 9 2.3 方案分析对比 ......................................................................................... 11 2.4小结 .......................................................................................................... 12 第3章 具体设计与特性分析 .......................................................................... 13 3.1 传感器设计 ............................................................................................. 13 3.2 转换电路设计 ......................................................................................... 17 3.3 使用条件和误差补偿 ............................................................................. 21 总结 .................................................................................................................... 24 参考文献 ............................................................................................................ 25 附录 .................................................................................................................... 26

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第1章 转速测量文献综述

1.1 转速测量的意义

转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力机械的许多特性参数是根据它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、内燃机的输出功率等等，而且动力机械的振动、管道气流脉动、各种工作零件的磨损状态等都与转速密切相关。转速测量的应用系统在工业生产、科技教育、民用电器等各领域的应用极为广泛，往往成为某一产品或控制系统的核心部分，其各种参数在不同的应用中有其侧重，但转速测量系统作为普遍的应用在国民经济发展中，有重要的意义。

1.2 转速测量现状

转速测量的方法很多，测量仪表的型式也多种多样，其使用条件和测量精度也各不相同。根据转速测量的工作方式可分为两大类：接触式转速测量仪表与非接触式转速测量仪表。前者在使用时必须与被测转轴直接接触，如离心式转速表、磁性转速表与测速发电机等；后者在使用时不需要与被测转轴接触,如光电式转速表、电子数字式转速表、闪光测速仪等。测量发动机转速的传统方法是使用光

电式转速表测量。用这种方法测量时,既要在发动机转动轴上粘贴光标纸，又要求测量人员把转速表与光标纸的距离控制在很近的范围,测量十分不方便。随着科学技术的迅速发展,转速测量仪表已步入现代化、电子化的行列。过去曾经使用过的接触式测量仪表, 如离心式转速表、磁性转速表、微型发电机转速表及钟表是定时转速表，均已先后受到冷落；而利用已知频率的闪光与被测轴转速同步的方法来测速的闪光测速仪，虽属非接触式仪表，目前仍有应用,但也退居次要地位。代之而起的是非接触式的电子与数字化的测速仪表。这类转速仪表大多具有体积小、重量轻、读数准确、使用方便等优点，容易实现电脑荧屏显示和打印输出，能够连续的反映转速变化，既能测定发动机稳定情况下的平均转速,也能够用来在足够小的时间间隔这一特定条件下测定发动机的瞬时转速。

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1.2.1 磁电式转速测量

磁感应式转速测量大致可以分为两类：霍尔传感器和磁阻式传感器。 1、基于霍尔传感器的转速测量仪是将霍尔元件和转轴同轴连接，转轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出。经过电耦合器后，成为转数计数器的计数脉冲。经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置，进行转速的测量。霍尔传感器有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大、寿命长、安装方便等优点。缺点是由于测量时需要在转轴上安装霍尔元件，那么转动力矩小的转轴加载装置后会影响转动甚至不能转动，所以该技术不适于此类转轴的转速测量。霍尔元件示意图如下图

2、磁阻式传感器由永久磁铁、线圈、齿轮等组成。在转轴上安装齿轮，当转轴旋转时，齿轮的凹凸齿形引起齿轮与永久磁铁间气隙大小的变化，使得磁路中磁通量发生变化。当齿轮靠近磁头，磁阻就减小，齿轮偏离磁头，磁阻就增大。这样，磁通量呈周期性的变化，便产生了感应电动势。其感应电动势的频率和幅值均随齿轮轮齿的通过频率而变化，从而测得转速。此种测量方式的优点是灵敏度高，抗干扰能力强，缺点是与霍尔传感器的转速测量仪相同。如果选用凸块型（齿型），那么尺顶的表面A（部分）应做成同心圆的柱面，而不要做成无源磁电式转速传感器，是针对测速齿轮而设计的发电型传感器（无源），它不需要供电，测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感生电动势，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越高，输出频率与转速成正比。转速进一步增高，磁路损耗增大，输出电势已趋饱和，当转速超过最大值，磁路损耗加剧，电势锐减。线圈采用特殊结构，抗干扰能力增强，获得广泛应用。

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1.2.2 光电式转速测量

光电式转速测量传感器，它分为投射式和反射式两类。 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，光线则随测量盘转动不断经过各条缝隙，并透过缝隙投射到光敏元件上。

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。投射式光电转速传感器的脉冲信号，通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测量对象的转速状态。 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量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测量的。反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线透过透镜和半透膜入射到被测转轴上，而当被测转轴转动时，反射记号对光线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，反射光线会通过透镜投射到光敏元件上，反射式光电转速传感器即可发出一个脉冲信号，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。工作原理如下：

辐射源光学通路光电器件光电效应输出被测量被测量由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。接下来介绍几种光电式转速测量传感器。

直射式光电转速传感器的结构见下图。它由开孔圆盘、光源、光敏元件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，

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