偏心振動式磁感應測轉速法

安 瑞，丁益民，曾雄志，李勝泰，龔本超

（湖北大學，湖北 武漢 430062）

常用的轉速測量裝置主要依靠傳感器［1］，常見的速度傳感器有激光式、電機感應式、電容式等，這些裝置的測量的范圍都比較大，精度一般都很高，而且操作方便，但是卻材料的要求比較高，內部的結構比較復雜。為此，我們想出了一種新型的測量方法，利用偏心振動的特點將電機的轉動轉變?yōu)闂U的橫向振動，通過測量橫向振動的周期直接得到轉速，實驗表明：這種方法的測量精度很高，操作也很簡單。

1 實驗原理

首先利用偏心轉動［2］的特點，將電動機的圓周運動轉化為導體棒（銅棒）的機械振動，從而帶動導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢［3］，然后將產(chǎn)生的交變信號接入示波器，通過示波器上顯示的波形可測量出其對應的頻率，該頻率與電動機轉動的頻率相等，由此計算出待測電動機的轉速，實現(xiàn)對電動機轉速［4］的測量。

1.1 實驗原理圖

圖1 實驗原理圖

1.2 偏心運動

中心軸的旋轉帶動偏心軸的轉動，通過小滑輪和橫桿裝置，控制偏心軸作前后的運動，帶動銅棒在水平方向做周期性的機械振動。

1.3 電磁感應

將作周期運動的銅棒放入恒定的磁場中，依據(jù)法拉第電磁感應定律，在銅棒中就可以產(chǎn)生周期性的感應電動勢，通過示波器就可以測得其頻率［5－8］。

2 實驗裝置與操作步驟

該裝置的實物圖如圖2所示，裝置主要包括示波器、偏心轉輪、電磁鐵、光電門。示波器主要是來讀取最后的頻率，從而得到角速度；偏心轉輪可以將電機的圓周運動轉化橫桿的振動；電磁鐵是用來產(chǎn)生感應信號，從而將機械的橫振動轉為電信號；光電門用于做對比實驗。

圖2 實驗裝置

該裝置的核心部分是偏心轉輪，其結構如圖3所示，其中主要包括偏心轉子，支撐滑輪，振動框。偏心轉子可以將電機的圓周運動轉為偏心軸的偏心運動，通過支持滑輪支撐的振動框，可以將圓周運動轉化橫向振動，通過電磁感應，最后到達示波器即可以得出電機的轉速。該儀器只需要打開開關，即可從示波器上讀出電機轉動的頻率，從而可以算出轉速。光電門在此起對比作用。

圖3 偏心轉輪

3 實驗數(shù)據(jù)記錄與分析

3.1 實驗數(shù)據(jù)

為分析本實驗方法的測量精度，在實驗中，我們同時用光電門方法和本實驗方法進行了測量，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中，可以看出，本實驗測量結果與對比較實驗的光電門的測量方法相一致。

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表

3.2 誤差分析

誤差產(chǎn)生的原因是該裝置各部件之間相互連接點處產(chǎn)生摩擦力，其主要的誤差來自于線框的重量。

4 結 論

本實驗利用偏心轉動的特點將物體的圓周運動轉化為導體的簡諧振動，再通過導體在磁場中電磁感應現(xiàn)象將機械運動轉化為電磁運動，并通過由示波器測量電磁運動的頻率的方法測出物體的轉速。這種方法將物理學中的圓周運動、偏心運動、機械振動、電磁感應知識結合在一起，不僅能夠實現(xiàn)對電動機轉速的測量，也有利于讓學生了解物理知識在實驗測量中的運用。在物理實驗教學中具有重要的實際意義。

［1］丁益民，徐揚子，大學物理實驗［M］.北京：科學出版社，2008.

［2］漆安慎，杜嬋英，力學［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］梁燦彬，電磁學［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］張倩影，鄧智泉，楊艷，無軸承開關磁阻電機轉子質量偏心補償控制［J］.中國電機工程學報，2011（21）.

［5］施富國，法拉第電磁轉動試驗裝置的改進［J］.物理實驗，2012（5）.

［6］黃華，王茂松，俞錦璟，居晨陽，電磁感應式轉速傳感器特性及應用分析［J］.汽車維護與修理，2010（11）.

［7］王素紅，等.基于示波器使用的系列拓展實驗研究［J］.大學物理實驗，2012，1（12）：30－34.

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