转速传感器主要用于测量物体的旋转速度,在柴油蓝田发电机组中用于监测曲轴的转速。以下是几种常见转速传感器的工作原理:
磁电式转速传感器
1. 结构特点
磁电式转速传感器主要由磁铁、线圈和铁芯等部件组成。传感器一般安装在靠近旋转物体(如柴油蓝田发电机组的曲轴齿轮)的位置。
2. 工作原理
当旋转物体(例如带有齿的齿轮)旋转时,齿轮的齿经过传感器的磁场。由于齿和间隙交替地接近传感器,磁场的磁通量会发生周期性变化。
根据电磁感应定律,变化的磁通量会在线圈中产生感应电动势。感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,而磁通量的变化率又与齿轮的转速有关。具体来说,感应电动势的频率 $f$ 与齿轮的齿数 $Z$ 和转速 $n$(单位为转/分钟,r/min)之间的关系可以用公式 $f=\frac{nZ}{60}$表示。
例如,一个有60个齿的齿轮,当转速为1000r/min时,产生的感应电动势频率为 $f=\frac{1000\times60}{60}=1000Hz$。通过检测感应电动势的频率,就可以计算出旋转物体的转速。
霍尔效应转速传感器
1. 结构特点
霍尔效应转速传感器内部有一个霍尔元件、永磁体和信号处理电路。霍尔元件是一种基于霍尔效应的半导体器件,它被放置在磁场中。
2. 工作原理
当带有磁性的旋转物体(如安装在曲轴上的磁轮)旋转时,其磁场会周期性地作用于霍尔元件。根据霍尔效应,当电流通过霍尔元件并且有磁场垂直于电流方向时,霍尔元件的两侧会产生霍尔电压。
这个霍尔电压的大小与磁场强度成正比,而磁场强度的变化频率又与旋转物体的转速相关。例如,在一个有多个磁极的磁轮旋转时,每经过一个磁极,霍尔电压就会产生一个脉冲。通过对霍尔电压脉冲的计数和时间间隔的测量,可以计算出转速。设磁轮的磁极对数为 $P$,在时间 $t$ 内检测到的脉冲数为 $N$,则转速 $n=\frac{60N}{Pt}$(单位为r/min)。
光电式转速传感器
1. 结构特点
光电式转速传感器主要由发光二极管(LED)、光电二极管或光电三极管和遮光板等部件组成。遮光板一般安装在旋转轴上,并且带有透光和遮光的部分。
2. 工作原理
当旋转轴带动遮光板旋转时,发光二极管发出的光线会被遮光板交替遮挡。当光线透过遮光板照射到光电二极管或光电三极管上时,光电元件会产生光电流。
光电流的产生是因为光电效应,即光子打在半导体材料上,使电子跃迁产生电流。光电流的脉冲频率与遮光板的旋转速度相关,通过计算脉冲频率可以得到转速。例如,遮光板上有 $n$ 个等间距的透光孔,在时间 $T$ 内检测到的脉冲数为 $m$,则转速 $r=\frac{60m}{nT}$(单位为r/min)。