機(jī)械式傳感器原理：機(jī)械傳感器式電子水表的工作原理及設(shè)計(jì)
描述
今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——機(jī)械傳感器式電子水表。該專利由南京水門電子有限公司申請(qǐng)，并于2018年8月31日獲得授權(quán)公告。
內(nèi)容說(shuō)明
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械傳感器式電子水表，屬于流量的測(cè)量領(lǐng)域。
發(fā)明背景
機(jī)械水表，以及脈沖式水表和直讀式水表的轉(zhuǎn)速流量比，只能是一個(gè)固定的比值，即水表齒輪組的變速比。電子水表中的關(guān)鍵部件-單板機(jī)電路，最怕水的侵害。特別是超低功耗的技術(shù)要求，別說(shuō)進(jìn)一滴水，哪怕工作環(huán)境濕度增大，造成正負(fù)線路間的放電電流增大。就足以使電池提前耗盡，讓遠(yuǎn)傳水表失效；其次，傳感器的方式目前采用磁隧道效應(yīng)管。因?yàn)樗淼男盘?hào)源在基表水中的葉輪上，而傳感器與電路置于電路盒中。為了防止水的侵害，相隔2道防水壁墻。信號(hào)能正常傳遞的只有磁場(chǎng)最為可靠。但是磁場(chǎng)會(huì)吸附水中的鐵銹，阻塞葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；外部強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)干擾內(nèi)部傳感器的工作，使得水表不能正常計(jì)量。
專利申請(qǐng)?zhí)枮?6的發(fā)明專利公開(kāi)了一種機(jī)械傳感器式電子水表，提供了一種低能耗、防磁效率較高、密封性能較好的電子水表，然而實(shí)際使用時(shí)，因葉輪中心孔是一個(gè)內(nèi)部直徑大于下方出口的空心空洞，由于機(jī)械傳感器式電子水表葉輪的比重減輕至1.05克/立方厘米后，當(dāng)機(jī)械傳感器式電子水表安裝在驗(yàn)表裝置上時(shí)，閥門打開(kāi)，水流入水表內(nèi)腔時(shí)，葉輪中心孔只有1個(gè)向下的出口，比水輕的葉輪中心孔內(nèi)的殘留空氣，大部分只會(huì)聚集在葉輪中心孔上部；在空氣中，機(jī)械傳感器式電子水表葉輪總重量只有5克；在水中，機(jī)械傳感器式電子水表葉輪重力只有0.25克。當(dāng)葉輪中心孔殘留氣體產(chǎn)生的浮力大于0.25克時(shí)，將水表葉輪推向上行，與不銹鋼頂蓋的下部接觸，在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉輪鋼珠會(huì)與不銹鋼頂蓋產(chǎn)生較大的摩擦力。
由于葉輪中心孔內(nèi)的殘留空氣體積的大小是隨機(jī)變化的，從而浮力對(duì)葉輪產(chǎn)生的摩擦力也是無(wú)法確定的，大大影響了葉輪在流體中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，改變了葉輪的流體力學(xué)性能，使得葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律改變，造成機(jī)械傳感器式電子水表的計(jì)量精度也不穩(wěn)定；同時(shí)，該機(jī)械傳感器式電子水表結(jié)構(gòu)中，葉輪嵌入的磁棒產(chǎn)生的磁場(chǎng)，對(duì)流動(dòng)的水中鐵銹的吸附作用的屏蔽，靠的是葉輪下方安裝的導(dǎo)磁圈，而實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)磁圈減弱了葉輪磁棒向上的磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度，不利于葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)對(duì)于傳感器的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種機(jī)械傳感器式電子水表，其目的旨在解決現(xiàn)有電子水表所存在的上述缺陷，提供一種葉輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、且葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)不受干擾的機(jī)械傳感器式電子水表。
機(jī)械傳感器式電子水表的結(jié)構(gòu)示意圖
本發(fā)明的技術(shù)解決方案：機(jī)械傳感器式電子水表，其結(jié)構(gòu)由機(jī)械式基表，和接受磁場(chǎng)信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理的電路盒兩部分組成，所述的基表由產(chǎn)生水流信號(hào)的機(jī)芯和密封水道的殼體組成，機(jī)芯的壓蓋由無(wú)磁性金屬的頂蓋，工程塑料的上壓蓋，下壓蓋組成，機(jī)芯的閥座下部是濾網(wǎng)口，閥門接葉輪盒，葉輪盒內(nèi)的葉輪頂部嵌有磁鐵棒；其特征在于，所述上壓蓋內(nèi)孔壁上嵌有一個(gè)防磁墊圈；所述葉輪是單頂針瑪瑙套，小磁棒小鋼珠結(jié)構(gòu)，葉輪的下端鑲嵌穩(wěn)定套，在葉輪的瑪瑙套下方的位置垂直方向上設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱的排氣孔；所述的電路盒內(nèi)分上、下兩部分，下部是由防磁罩保護(hù)的磁隧道效應(yīng)傳感器，上部是裝有鋰電池的主電路板，主電路板頂上是液晶顯示器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1）毫安級(jí)的超低功耗的電路設(shè)計(jì)，表內(nèi)置電池不更換，能正常工作十幾年以上；2）電路盒的結(jié)構(gòu)和出線設(shè)計(jì)，不受潮濕工作環(huán)境的侵害；同時(shí)具有防磁干擾，防非法拆卸，防灰塵污染等功能；3）機(jī)芯的設(shè)計(jì)保證水表計(jì)量精度不受水壓變化的影響，葉輪的設(shè)計(jì)保證了靈敏耐磨、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、讀數(shù)精準(zhǔn)；比重接近水的密度，隨水流規(guī)律運(yùn)動(dòng)；4）采用防磁墊圈設(shè)計(jì)防磁結(jié)構(gòu)，既不受外界強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，又引導(dǎo)內(nèi)部磁場(chǎng)不對(duì)水中的鐵銹產(chǎn)生吸附作用。
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機(jī)械式傳感器原理：機(jī)械式傳感器.ppt
3. 混濁度檢測(cè) 把被測(cè)物放在光學(xué)通路中，光源的部分光通量由被測(cè)物吸收，剩余的光通量投射到光電元件上。 因被吸收的光通量與被測(cè)物的透明度有關(guān)，故光電元件收到的光通量也與被測(cè)物的透明度有關(guān)。所以，通過(guò)這種方式可以測(cè)量物體的混濁度。 4. 表面粗糙度檢測(cè) 當(dāng)光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上時(shí)，被測(cè)物把部分光通量反射到光電元件上。 反射的光通量取決于反射表面的性質(zhì)、狀態(tài)和與光源之間的距離。利用這個(gè)原理可以制成表面粗糙度測(cè)試儀。 5. 物體位移量檢測(cè) 當(dāng)光源發(fā)出的光通量被不透光的被測(cè)物遮擋了一部分時(shí)，使投射到光電元件上的光通量減弱。 光通量減弱的程度與被測(cè)物在光學(xué)通路中的位置有關(guān)，由光通量減弱的程度可以準(zhǔn)確判斷被測(cè)物在光學(xué)通路中的位置。因此，利用這個(gè)原理可以制成位移計(jì)。 6. 溫度檢測(cè) 當(dāng)被測(cè)物是光輻射源時(shí)，被測(cè)物發(fā)出的光可以投射到光電元件上。 輻射體的溫度不同則其發(fā)出的光波長(zhǎng)和顏色就不同。利用這個(gè)原理可以制成光電比色高溫計(jì)和紅外測(cè)溫儀。 紅外測(cè)溫儀 使用紅外測(cè)溫儀注意目標(biāo)的尺寸（距離系數(shù)L/d）！ 7. 光電編碼器 光電編碼器一般用于軸的角位移的測(cè)量。 轉(zhuǎn)軸 光 電編碼器 脈沖（增量式光電編碼器，相對(duì)） 編碼（絕對(duì)式光電編碼器，絕對(duì)） （1）增量式光電編碼器 增量式光電編碼器把轉(zhuǎn)軸的角位移（轉(zhuǎn)角）變?yōu)槊}沖信號(hào)輸出，其輸出為“脈沖/轉(zhuǎn)”，最高精度的增量式光電編碼器可達(dá)到5000脈沖/轉(zhuǎn)（有些資料上介紹，最高可達(dá)到脈沖/轉(zhuǎn))。 注意：正、反轉(zhuǎn)！零位！ A B 防止反轉(zhuǎn)或抖動(dòng) 90°相移 旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)脈沖的累加來(lái)知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，不然，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。 （2）絕對(duì)式光電編碼器（絕對(duì)位置編碼器） 絕對(duì)式光電編碼器把轉(zhuǎn)軸的角位移（轉(zhuǎn)角）變?yōu)槎M(jìn)制編碼輸出，最高精度的絕對(duì)式光電編碼器可輸出13位二進(jìn)制編碼（0～360?轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)0～8192的編碼）。 由碼盤的機(jī)械位置決定，每個(gè)位置的輸出是唯一的，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn) ，它不受停電、干擾的影響。 為消除非單值性誤差，采用循環(huán)編碼方法：格雷碼 增量式光電編碼器的主要缺點(diǎn)是可能出現(xiàn)累計(jì)誤差；并且易受電磁干擾。 絕對(duì)式光電編碼器的主要缺點(diǎn)是檢測(cè)超過(guò)360?后難于直接累計(jì)。 第八節(jié) 其它常用傳感器 一、固態(tài)圖像傳感器 固態(tài)圖像傳感器的功能是把傳感器受光面的光像分解成許多像元，并將它們轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后順序地輸送出去。 大部分固態(tài)圖像傳感器的核心部分是 CCD（Charge Couple Device，電荷耦合器），其原理如下圖所示。 CCD作為讀出移位寄存器，順序地將電信號(hào)在輸出端串行輸出。 根據(jù)光敏二極管的排列方式，CCD可分為：線陣 CCD 和面陣CCD。 目前，在應(yīng)用中： 線陣 CCD 已能達(dá)到 4096 像素； 面陣 CCD 已能達(dá)到 1400萬(wàn) 像素。 由于光敏二極管排列整齊、尺寸和位置精確，每個(gè)光敏二極管的光電荷量不僅含有光照度的信息，而且還含有位置信息。 固態(tài)圖像傳感器具有小型、輕便、響應(yīng)快、靈敏度高、穩(wěn)定性好和壽命高等優(yōu)點(diǎn)，并且以光為媒介進(jìn)行非接觸測(cè)量，可以達(dá)到危險(xiǎn)地點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。其主要用途為： （1）物位、尺寸、形狀、表面質(zhì)量、表面溫度等； （2）作為光學(xué)信息處理的輸入環(huán)節(jié)，例如電視攝像、傳真、掃描儀、數(shù)字化的復(fù)印機(jī)等。 棒材直徑在線檢測(cè) 連鑄坯斷面尺寸在線檢測(cè) 鋼板表面缺陷檢測(cè) 二、超聲波物位傳感器 超聲波物位傳感器是利用超聲波在氣體、液體或固體介質(zhì)中傳播的回聲測(cè)距的原理檢測(cè)物位。 超聲波物位傳感器一般由超聲波發(fā)生器、接收裝置和計(jì)時(shí)器組成。 超聲波發(fā)生器是通過(guò)對(duì)壓電晶片施加交變電壓，產(chǎn)生超聲波。 測(cè)量時(shí)，檢測(cè)從超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波到接收裝置收到回聲的時(shí)間，根據(jù)介質(zhì)的情況，推算出被測(cè)物的距離。 超聲波物位傳感器使用時(shí)應(yīng)注意： （1）在近距離有盲區(qū)，測(cè)遠(yuǎn)距離需較大的發(fā)射能量； 盲區(qū) （2）
機(jī)械式傳感器原理：深度探索：稱重傳感器的靈敏度
輪輻式傳感器因其低截面設(shè)計(jì)并且看起來(lái)像煎餅又被稱為薄餅傳感器，此類型傳感器可以承受拉力和壓力，廣泛用于平臺(tái)秤、汽車衡、軌道衡、拉力試驗(yàn)機(jī)等計(jì)量場(chǎng)合。
輪輻式傳感器的結(jié)構(gòu)
要了解有關(guān)輪輻式傳感器的更多信息，我們應(yīng)先了解輪輻式傳感器的結(jié)構(gòu)，眾所周知，電阻式應(yīng)變傳感器主要由三部分組成：應(yīng)變計(jì)、彈性元件和測(cè)量電路。其中，稱重傳感器的測(cè)量電路的基本原理相同，小型的應(yīng)變計(jì)對(duì)傳感器的結(jié)果影響不是很大。稱重傳感器的種類之所以繁多是因?yàn)橹圃焐桃呀?jīng)根據(jù)傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了改造和設(shè)計(jì)出更加合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而設(shè)計(jì)出了不同形狀的彈性元件，傳感器也就有了多種形狀，用戶在使用和安裝稱重傳感器時(shí)也變得越來(lái)越簡(jiǎn)單。
輪輻式傳感器的彈性元件是孔結(jié)構(gòu)的彈性元件，它的整個(gè)結(jié)構(gòu)看起來(lái)像一個(gè)輪子，并且在輪轂和輪胎之間形成了多個(gè)相互對(duì)稱分布的輪輻。外部負(fù)載施加在輪轂的上端面。輪轂、輪輻和輪胎共同構(gòu)成兩側(cè)均有固定支撐的多個(gè)剪切梁。輪輻式傳感器的彈性元件如下所示：
孔結(jié)構(gòu)的剪切力彈性元件具有低外形和良好的穩(wěn)定性，它對(duì)彎矩不是很敏感，卻有很好的線性。橫向剛度大，抗側(cè)向和偏心載荷能力強(qiáng)。整體結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，并且在不同方向上的熱膨脹彼此一致，溫度系數(shù)小。
孔狀彈性元件采用簡(jiǎn)單的鉆孔工藝，為了確保截面剪切梁在根部具有較大 的剛度和較小的應(yīng)力集中，應(yīng)變區(qū)域處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，這可以使電阻應(yīng)變計(jì)的粘貼位置更加合理。如果剪切應(yīng)變梁形成的孔洞較多，則更容易獲得適合粘貼電阻應(yīng)變片的理想應(yīng)力區(qū)域。
輪輻式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)：
根據(jù)以上內(nèi)容，我們可以知道輪輻式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：抗沖擊抗偏載能力強(qiáng)，不受加載點(diǎn)和支撐邊緣的影響，擁有良好的線性度，采用固定式安裝，安裝方便，互換性好
缺點(diǎn)：機(jī)械加工復(fù)雜，制造成本高，滯后容易偏大難以控制
然而，我們?cè)谶x擇傳感器的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在精度和量程相同的參數(shù)前提下更加注重傳感器的安裝條件，下面我們將對(duì)比下輪輻式傳感器與其他稱重傳感器來(lái)確定是否選擇輪輻式傳感器。
輪輻稱重傳感器與S型稱重傳感器
1. 量程方面：前者的容量要大于后者的容量
2. 安裝結(jié)構(gòu)：輪輻式傳感器是扁平且大的，而S型傳感器是高而窄的，所以選擇時(shí)候必須要選擇合適的安裝尺寸。
3. 精度方面：S型稱重傳感器結(jié)構(gòu)的精度會(huì)更高一些，但差異不是很大。
輪輻式稱重傳感器與柱式稱重傳感器
1. 安裝方面：輪輻式稱重傳感器具有較短的高度和較大的直徑，而柱式稱重傳感器具有較高的高度和較小的直徑。選擇主要基于站點(diǎn)安裝環(huán)境和安裝尺寸。
2. 精度的差異：輪輻式傳感器的精度略高于柱式傳感器，柱式傳感器的線性不如輪輻式傳感器高
以上就是對(duì)輪輻式稱重傳感器的簡(jiǎn)單描述，至于是選擇輪輻式稱重傳感器還是S型傳感器或是柱式傳感器，還是要從量程、應(yīng)用環(huán)境、尺寸大小、技術(shù)參數(shù)等各方面因素綜合考慮。
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機(jī)械式傳感器原理：磁電式傳感器
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磁電式傳感器
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磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入的運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢(shì)輸出。它直接將被測(cè)物體的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，工作不需要外加電源，是一種典型的無(wú)源傳感器。由于這種傳感器輸出功率較大，因而大大地簡(jiǎn)化了配用的二次儀表電路。
[1]
磁電式傳感器有時(shí)也稱作電動(dòng)式或感應(yīng)式傳感器， 它只適合進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡(jiǎn)單；零位及性能穩(wěn)定；
中文名
磁電式傳感器
別 名
電動(dòng)式或感應(yīng)式傳感器
類 別
傳感器
工作頻帶
10～1000Hz
特 性
雙向轉(zhuǎn)換
原 理
電磁感應(yīng)
目錄
1
原理結(jié)構(gòu)
2
工作原理
3
測(cè)量電路
4
設(shè)計(jì)原則
5
分類
?
霍爾式
?
應(yīng)用
6
傳遞矩陣
7
磁電應(yīng)用
磁電式傳感器原理結(jié)構(gòu)
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語(yǔ)音
利用其逆轉(zhuǎn)換效應(yīng)可構(gòu)成力(矩)發(fā)生器和電磁激振器等。根據(jù)這一原理，可以設(shè)計(jì)成變磁通式和恒磁通式兩種結(jié)構(gòu)型式，構(gòu)成測(cè)量線速度或角速度的磁電式傳感器。圖1所示為分別用于旋轉(zhuǎn)角速度及振動(dòng)速度測(cè)量的變磁通式結(jié)構(gòu)。變磁通式結(jié)構(gòu)(a)旋轉(zhuǎn)型（變磁））； (b)平移型（變氣隙）其中永久磁鐵1(俗稱“磁鋼”)與線圈4均固定，動(dòng)鐵心3(銜鐵)的運(yùn)動(dòng)使氣隙5和磁路磁阻變化，引起磁通變化而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，因此又稱變磁阻式結(jié)構(gòu)。
圖1 變磁式結(jié)構(gòu)
磁電式傳感器工作原理
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語(yǔ)音
根據(jù)電磁感應(yīng)定律, 當(dāng)w匝線圈在恒定磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí), 設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為Φ, 則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)E與磁通變化率dΦ/dt有如下關(guān)系: E=-w(dΦ/dt)
磁電式傳感器測(cè)量電路
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語(yǔ)音
磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢(shì), 且傳感器通常具有較高的靈敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器, 若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào), 則需要配用積分或微分電路。
磁電式傳感器設(shè)計(jì)原則
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語(yǔ)音
磁電感應(yīng)式傳感器有兩個(gè)基本元件組成:一個(gè)是產(chǎn)生恒定直流磁場(chǎng)的磁路系統(tǒng)，為了減小傳 感器體積，一般采用永久磁鐵;另一個(gè)是線圈，由它與磁場(chǎng)中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率或者線圈與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比，因此必須使它們之間有一個(gè)相對(duì)運(yùn) 動(dòng)。作為運(yùn)動(dòng)部件，可以是線圈，也可以是永久磁鐵。所以，必須合理地選擇它們的結(jié)構(gòu)形式、 材料和結(jié)構(gòu)尺寸.以滿足傳感器的基本性能要求。對(duì)于慣性式傳感器，具體計(jì)算時(shí)，一般是先根據(jù)使用場(chǎng)合、使用對(duì)象確定結(jié)構(gòu)形式和體積大 小（即輪廓尺寸），然后根據(jù)結(jié)構(gòu)大小初步確定磁路系統(tǒng)，計(jì)算磁路以便決定磁感應(yīng)強(qiáng)度B。這樣，由技術(shù)指標(biāo)給定的靈敏度S值以及確定的B值，由S=e/v=BιN即可求得線圈的匝數(shù)N。因?yàn)?在確定磁路系統(tǒng)時(shí)，氣隙的尺寸已經(jīng)確定了，線圈的尺寸也已確定，亦即 ι已經(jīng)確定。根據(jù)這些 參數(shù)，便可初步確定線圈導(dǎo)線的直徑d。從提高靈敏度的角度來(lái)看，B值大，S值也大，因此磁路 結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)大些。只要結(jié)構(gòu)尺寸允許，磁鐵可盡量大些，并選擇B值大的永磁材料，匝數(shù)N也可 取得大些。當(dāng)然具體計(jì)算時(shí)導(dǎo)線的增加也是受其他條件制約的，各參數(shù)的選擇要統(tǒng)一考慮，盡量從優(yōu)。
磁電式傳感器分類
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語(yǔ)音
一般分為兩種：（1）磁電感應(yīng)式（2）霍爾式
磁電式傳感器霍爾式
霍爾效應(yīng)置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體），當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（霍爾電勢(shì)），原因是電荷受到洛倫茲力的作用。定向運(yùn)動(dòng)的電子除受到洛侖茲力外，還受到霍爾電場(chǎng)的作用，當(dāng)fl=fE時(shí)，達(dá)到平衡，此時(shí)基本結(jié)構(gòu)
霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2：
圖2
基本特性（1）額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流當(dāng)霍爾元件自身溫升10度時(shí)所流過(guò)的激勵(lì)電流以元件最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流（2）輸入電阻和輸出電阻激勵(lì)電極間的電阻電壓源內(nèi)阻（3）不等位電勢(shì)和不等位電阻當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，此時(shí)測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。不等位電勢(shì)就是激勵(lì)電流經(jīng)不等位電阻所產(chǎn)生的電壓。（4）寄生直流電勢(shì)（5）霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)誤差補(bǔ)償（1）零點(diǎn)誤差：不等位電勢(shì)：①電極引出時(shí)偏斜，②半導(dǎo)體的電阻特性（等勢(shì)面傾斜）造成。③激勵(lì)電極接觸不良。寄生直流電勢(shì)：由于霍耳元件是半導(dǎo)體，外接金屬導(dǎo)線時(shí)，易引起PN節(jié)效應(yīng)，當(dāng)電流為交流電時(shí)，整個(gè)霍耳元件形成整流效應(yīng)，PN節(jié)壓降構(gòu)成寄生直流電勢(shì)，帶來(lái)輸出誤差。補(bǔ)償方法制作工藝上保證電極對(duì)稱、歐姆接觸電路補(bǔ)償
[2]
（2）霍爾元件的溫度補(bǔ)償誤差原因：溫度變化時(shí)，KH,Ri（輸入電阻）變化補(bǔ)償辦法1.對(duì)溫度引起的I進(jìn)行補(bǔ)償。采用恒流源供電。但只能減小由于輸入電阻隨溫度變化所引起的激勵(lì)電流的變化的影響。2.對(duì)KHI乘積項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。采用恒流源與輸入回路并聯(lián)電阻。如圖3所示：
圖3
磁電式傳感器應(yīng)用
（1）霍爾式位移傳感器工作原理圖：如圖4所示
圖4
(2)幾種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)：如圖5所示:
圖5
(3)霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作示意圖及電路圖：如圖6所示：
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圖6
磁電式傳感器傳遞矩陣
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語(yǔ)音
一.傳遞矩陣一.機(jī)械阻抗圖(a)所示的質(zhì)量為m、彈簧剛度為k，阻尼系數(shù)為c的單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)在力F作用下產(chǎn)生的振動(dòng)速度和位移分別為v和x，由此可列出力平衡方程機(jī)械阻抗圖(b)所示的由電阻R、電感L和電容C組成的串聯(lián)電路，設(shè)電源電壓為u，回路電流為i、電荷為q。由此可列出電壓平衡方程這兩個(gè)微分方程式雖然機(jī)電內(nèi)容不同，但形式相同。因此，這兩個(gè)系統(tǒng)為一對(duì)相似系統(tǒng)。一個(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)求解它的微分方程來(lái)討論其動(dòng)態(tài)特性，故上述兩相似系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性必然一致，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電模擬。一對(duì)相似系統(tǒng)(a)單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)；(b)RLC串聯(lián)電路在電路中存在著電阻抗，它是將電流與電壓聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)參數(shù)，可以設(shè)想，如同電路中的電阻抗一樣，假設(shè)機(jī)械系統(tǒng)存在“機(jī)械阻抗”ZM。類似于電系統(tǒng)，由第一個(gè)式子可得可見(jiàn)ZM是將機(jī)械系統(tǒng) 中某一點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)響 應(yīng)與引起這個(gè)運(yùn)動(dòng)的力聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)參數(shù)。由此可得，作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的線性機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械阻抗的定義為機(jī)械阻抗ZM(復(fù)數(shù))=激振力(復(fù)數(shù))/運(yùn)動(dòng)響應(yīng)(復(fù)數(shù))引用機(jī)械阻抗概念來(lái)分析機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，就可以用簡(jiǎn)單的代數(shù)方法求得描述動(dòng)態(tài)特性的傳遞函數(shù)，而不必求解微分方程。
磁電式傳感器磁電應(yīng)用
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語(yǔ)音
測(cè)振傳感器磁電式傳感器主要用于振動(dòng)測(cè)量。其中慣性式傳感器不需要靜止的基座作為參考基準(zhǔn)，它直接安裝在振動(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量，因而在地面振動(dòng)測(cè)量及機(jī)載振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。常用地測(cè)振傳感器有動(dòng)鐵式振動(dòng)傳感器、圈式振動(dòng)速度傳感器等。(一).測(cè)振傳感器的應(yīng)用航空發(fā)動(dòng)機(jī)、各種大型電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、機(jī)床、車輛、軌枕振動(dòng)臺(tái)、化工設(shè)備、各種水、氣管道、橋梁、高層建筑等，其振動(dòng)監(jiān)測(cè)與研究都可使用磁電式傳感器。(二).測(cè)振傳感器的工作特性振動(dòng)傳感器是典型的集中參數(shù)m、k、c二階系統(tǒng)。作為慣性(絕對(duì))式測(cè)振傳感器，要求選擇較大的質(zhì)量塊m和較小的彈簧常數(shù)k。這樣，在較高振動(dòng)頻率下，由于質(zhì)量塊大慣性而近似相對(duì)大地靜止。這時(shí)，振動(dòng)體(同傳感器殼體)相對(duì)質(zhì)量塊的位移y(輸出)就可真實(shí)地反映振動(dòng)體相對(duì)大地的振幅x(輸入)。磁電式力發(fā)生器與激振器前已指出磁電式傳感器具有雙向轉(zhuǎn)換特性，其逆向功能同樣可以利用。如果給速度傳感器的線圈輸入電量，那么其輸出量即為機(jī)械量。在慣性儀器——陀螺儀與加速度計(jì)中廣泛應(yīng)用的動(dòng)圈式或動(dòng)鐵式直流力矩器就是上述速度傳感器的逆向應(yīng)用。它在機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中是非常重要的設(shè)備，用以獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，如共振頻率、剛度、阻尼、振動(dòng)部件的振型等。除上述應(yīng)用外，磁電式傳感器還常用于扭矩、轉(zhuǎn)速等測(cè)量。
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參考資料
1.
李開(kāi)宇．傳感器原理：科學(xué)出版社，2007年
2.
陳杰．傳感器與檢測(cè)技術(shù)：高等教育出版社，2002.8：80
