轉(zhuǎn)速測量原理

　　轉(zhuǎn)速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有M法（測頻法）、T法（測周期法）和MPT法（頻率周期法），該系統(tǒng)采用了M法（測頻法）。由于轉(zhuǎn)速是以單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)數(shù)來衡量，在變換過程中多數(shù)是有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨測軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個(gè)霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：

　　式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T為輸出方波信號(hào)周期根據(jù)公式即可計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一步就是要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。霍爾器件作為一種轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號(hào)，其基本的測量原理如圖所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測量。

　　霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速方案

　　霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器。霍爾電位差UH的基本關(guān)系為：

　　式中KH――霍爾系數(shù)；n――單位體積內(nèi)載流子或自由電子的個(gè)數(shù)；q――電子電量；I――通過的電流；B――垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度

　　利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UH=KHIB，當(dāng)被測物體上裝上Ｎ只磁性體時(shí)，物體每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次，霍爾電勢(shì)相應(yīng)變化N次，輸出電勢(shì)通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。

　　測量設(shè)備

　　本案例以實(shí)驗(yàn)室霍爾元件測量圓盤轉(zhuǎn)速為例。

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備：CSY2000系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

　　1、主控臺(tái)部分，提供高穩(wěn)定的±15V、+5V、±2V～±10V可調(diào)、+2V～+24V可調(diào)四種直流穩(wěn)壓電源；主控臺(tái)面板上還裝有電壓、頻率、轉(zhuǎn)速的3位半數(shù)顯表。

　　2、旋轉(zhuǎn)源0-2400轉(zhuǎn)/分（可調(diào)）需用器件與單元：霍爾傳感器、5V直流源、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)源單元、數(shù)顯單元的轉(zhuǎn)速顯示部分。

　　實(shí)驗(yàn)方案

　　1.實(shí)驗(yàn)裝置如下圖

　　2.將5v直流源加于霍爾元件電源輸入端。

　　3.將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（黃）插入數(shù)顯單元Fin端。

　　4.將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的2V-24V轉(zhuǎn)速電源引入到臺(tái)面上轉(zhuǎn)動(dòng)單元中轉(zhuǎn)動(dòng)電源2-24VK插孔。

　　5.將數(shù)顯單元上的轉(zhuǎn)速／頻率表波段開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔，此時(shí)數(shù)顯表指示轉(zhuǎn)速。

　　6.調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電壓使轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化。觀察數(shù)顯表轉(zhuǎn)速顯示的變化。