智能磁敏电阻转速仪研究

　　1　引言

　　转速的测量在国民经济的各个领域中应用是非常广泛的,选择合适的敏感元件,制成传感器,并研制出相应的仪表至关重要。以往该类仪表多采用半导体InSb磁敏元件制成传感器,而一般半导体材料温度系数较大,在测量中当温度变化时,难以保证测量精度,这就要求在转速表设计制造中增加相应的温度补偿措施,使仪表变得复杂。

　　本文选择金属强磁体磁阻元件制成传感器,它的某些性能优于半导体磁敏元件。仪表的中央处理单元采用集成芯片89C51。充分利用单片机的逻辑运算能力,实现了测量周期为0·1s的快速测量和数字显示,大大优于一般的转速表。该智能化仪表有精度高、性能价格比高、测量和使用简单方便等突出优点。

　　2　磁敏转速传感器

　　转速传感器采用金属强磁体磁阻元件作为敏感元件,它是由铁、钴、镍合金制成的薄膜型元件,与半导体材料制成的磁阻元件相比,它具有倍频输出,因此有利于速度控制和旋转控制;它的温度系数小,温度特性好;由于镍、钴合金与氧和其它有害气体不会产生化学变化,所以稳定性好。故被选用。在转速传感器中是利用它的定向磁阻效应,即在一定的磁场范围内,金属强磁体的电阻率只与磁场方向和电流方向的夹角有关,而与磁场强度的大小无关,可由下式表示:

式中ρ(θ)———磁阻元件中电流方向与磁场方向夹角为θ时元件的电阻率ρ⊥、ρ∥分别表示元件中电流方向与磁场方向垂直和平行时元件的电阻率。可见,元件电阻率与θ角成周期性变化。元件为三端结构,如图1中心部分所示,它是由特性和尺寸完全一样的两只电阻互相垂直排列而成。在恒压驱动时输出电压为:

式中V(θ)———磁阻元件电流方向与磁场方向夹角为θ时的输出电压

　　Vcc———磁阻元件的驱动电压

　　由上式可见,输出电压的变化频率等于旋转频率的2倍,即倍频输出。

　　图1所示为由磁阻元件组成的转速传感器结构示意图。铜轴固定在基座上,磁阻元件粘贴在铜轴上,圆筒状的铝外壳与轴滑动配合,可在轴上旋转。在壳的内壁上安放两块永久磁铁,两侧各置一块硅钢片,使穿过磁阻元件的磁力线集中并尽量保持平行。测量转速时,把传感器安装在被测旋转体的一端,使传感器外壳与之同步旋转。这样,传感器中永久磁铁的磁力线则相对于磁敏电阻片旋转,即磁场方向与电流方向之间的夹角θ在周期性的变化,使磁敏传感器上产生周期性的输出电压。当被测旋转体每转动一周时,传感器输出两个周期的正弦形脉冲信号。