第11-1 课  3.4速度传感器

主要内容：

1.讲解课前的3个案例，认识速度传感器；

案例1加速度传感器(1:56) .mp4

案例2电联测转速(0:41) .mp4

案例3测速机告诉你飞机的起飞速度有多快(1:27) .mp4

2. 观看视频,教师在线答疑

 3.4速度传感器(18:24).mp4

3. 指导学生：

3.4 (任务实施)速度传感器的应用

4.完成课后作业

【任务描述】

在机电一体化系统中，测量速度的方法很多，可以用直流测速机直接测量速度，也可以通过检测位移换算出速度和加速度，还可以通过测试惯性力换算出加速度等。本任务掌握直流测速机和光电式转速传感器测量转速的方法。完成本任务，可实现以下任务目标：

【任务目标】

技能目标

（1）会直流测速机的接线和应用；

（2）会光电式转速传感器测量转速的方法。

知识目标

（1）了解直流测速机的工作原理；

（2）了解光电式转速传感器的工作原理，会计算转速。

建议学时：1个学时

在开始学习本节知识之前，同学们观看以下视频，从直观上来认识速度传感器的应用。

大家也说说你所接触到的速度传感器吧！

（注：本部分所有视频只用于辅助教学，不产生任何经济效益，如有侵权，请告知）

观看视频：案例1 加速度传感器（1：56）

观看视频：案例2 光电开关测转速（0：41）

观看视频： 案例3 测速机告诉你飞机的起飞速度有多快（1：27）

    视频观看完了，你是否也觉得速度继电器真的很重要呢！

3.4.1直流测速机

直流测速机是一种测速元件，实际上是一台微型的直流发电动机。根据定子磁极激磁方式分为电磁式直流测速机和永磁式直流测速机两种。根据电枢的结构分为无槽直流测速机电枢、有槽直流测速机电枢、空心杯直流测速机电枢、圆盘电枢直流测速机等。目前常用的是永磁式直流测速机。

3.4.2 光电式转速传感器

光电式转速传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光源、光敏器件和指示缝隙盘组成，如图3.58所示。当光源发出的光，通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量t时间内的脉冲数N，则可测出转速。转速如公式3-18所示：      

观看视频： 3.4 速度传感器（18：24）

【任务实施】  光电转速传感器的安装

1.阅读光电转速传感器说明书，了解传感器的技术参数

光电转速传感器是非接触式光电传感器，直接输出的是脉冲信号，可输入到仪器中，用于转速测量、动平衡相位基准和触发采样。也可以接转速显示表，现场显示；或将转速信号变送输出到PLC或DCS中控系统，或RS485/RS232通讯传输到电脑系统。

在旋转轴上贴一反光标识，转速传感器发射光束到旋转轴，每转一圈，接收一个反射光，即可测出此旋转轴的转速（每分钟多少转）。

光电转速传感器测转速，适合情况如下：

①　不想破坏转子表面（电动机、主轴、风机等），如焊磁块，但可以贴或画反光标识；

②　需要非接触式测转速；

③　要求测量精准，特别是高速旋转的转子；

④　需要实时在线监测；

⑤　需要实时传输转速信号进系统；

⑥　需要临时测转速信号进仪器，仪器可以接收脉冲信号；

2.用支架固定转速传感器

如图3.60所示是柔性支架，优点是弯曲方便，好调节角度，小巧适合携带；缺点是如果现场振动大，可能不牢固。如果想更稳固一些，可以选择图3.61所示强力支架，或其它固定方法。如配转速显示表，如图3.62所示，可依照所附接线图，一一对应接线；

3.在转子上贴反光纸，调整转速传感器角度至光电传感器发出的光对着反光纸，如图3.63所示。

转子与反光纸颜色相近，可在转子上用黑胶带粘一圈之后，或刷一圈黑漆后，再贴反光纸；如转子底色是银色发亮的，如铝合金、不锈钢材质，也可以用黑笔画道，或贴黑色发乌的标识等，还有用户用粉笔做反光标识，但这些非常规方法，不保证测量效果，建议实际测试成功后使用。总之，让底色与标识形成反差，反差越大，效果越好；如外界光线太强，可找背光的合适角度，或用有遮光效果的布、伞等遮挡，避免强光照射。

光电传感器与转子之间的距离，与转子大小有关，一般以125px-2500px为宜；反光纸的大小尺寸，与转子大小和转速高低有关，转子越大，反光纸应适当增大；转速越高，反光纸越宽；比如，转子直径90mm，转速3000转/分以内，使用的反光纸尺寸为：长10mm、宽2mm。

 注：转速传感器直接输出的信号有：1）0-5V，0-12V，0-18V和0-24V的窄脉冲信号（供电分别对应5V，12V，18V和24V）；2）5V或24V，集电极开路输出 ；3）4-20mA信号（出厂前需要定义对应的转速范围，一经确定，无法修改）。

如果以上信号，还无法满足需求，配合显示表，除了现场显示转速外，还可以输出信号：4-20mA，1-5V，0-10mA，0-5V，0-20mA，以便接入仪器，或进入中控系统（PLC或DCS），输出信号与转速范围的对应关系，用户是可以通过设置键，自行调整的。还可以通讯输出，如：RS485或RS232接口。

4. 转动被测转轴，观察转速表显示的转速值。

简答题

 1.叙述直流测速机和光电转速传感器的结构与原理。

 2.简述直流测速机和光电转速传感器的应用场合。

教师根据学生阅读记录结果及接线情况给予评价，见表3.10。

          表3.10  任务评价表

参考答案 

1.叙述直流测速机和光电转速传感器的结构与原理。

（1）以永磁式直流测速发电动机为例，其结构原理如图3.57所示，恒定磁通由定子上的永久磁铁产生，当电枢转子线圈随机械设备以转速旋转时，因切割磁力线，在线圈两端将产生感应电动势，

根据法拉第电磁感应定律知：

                （3-17）

可见，输出电压与旋转速度成正比，可用于角速度侧量。在自动控制系统中测速机作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。

（2）光电式转速传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光源、光敏器件和指示缝隙盘组成，如图3.58所示。当光源发出的光，通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量t时间内的脉冲数N，则可测出转速。转速如公式3-18所示： 

2.简述直流测速机和光电转速传感器的应用场合。

（1）直流测速机，可用于角速度侧量。在自动控制系统中测速机作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。

（2）光电转速传感器的常用于回转轴旋转速度的测量。