偏心振动式磁感应测转速法

安 瑞，丁益民，曾雄志，李胜泰，龚本超

（湖北大学，湖北 武汉 430062）

常用的转速测量装置主要依靠传感器［1］，常见的速度传感器有激光式、电机感应式、电容式等，这些装置的测量的范围都比较大，精度一般都很高，而且操作方便，但是却材料的要求比较高，内部的结构比较复杂。为此，我们想出了一种新型的测量方法，利用偏心振动的特点将电机的转动转变为杆的横向振动，通过测量横向振动的周期直接得到转速，实验表明：这种方法的测量精度很高，操作也很简单。

1 实验原理

首先利用偏心转动［2］的特点，将电动机的圆周运动转化为导体棒（铜棒）的机械振动，从而带动导体棒切割磁感线产生感应电动势［3］，然后将产生的交变信号接入示波器，通过示波器上显示的波形可测量出其对应的频率，该频率与电动机转动的频率相等，由此计算出待测电动机的转速，实现对电动机转速［4］的测量。

1.1 实验原理图

图1 实验原理图

1.2 偏心运动

中心轴的旋转带动偏心轴的转动，通过小滑轮和横杆装置，控制偏心轴作前后的运动，带动铜棒在水平方向做周期性的机械振动。

1.3 电磁感应

将作周期运动的铜棒放入恒定的磁场中，依据法拉第电磁感应定律，在铜棒中就可以产生周期性的感应电动势，通过示波器就可以测得其频率［5－8］。

2 实验装置与操作步骤

该装置的实物图如图2所示，装置主要包括示波器、偏心转轮、电磁铁、光电门。示波器主要是来读取最后的频率，从而得到角速度；偏心转轮可以将电机的圆周运动转化横杆的振动；电磁铁是用来产生感应信号，从而将机械的横振动转为电信号；光电门用于做对比实验。

图2 实验装置

该装置的核心部分是偏心转轮，其结构如图3所示，其中主要包括偏心转子，支撑滑轮，振动框。偏心转子可以将电机的圆周运动转为偏心轴的偏心运动，通过支持滑轮支撑的振动框，可以将圆周运动转化横向振动，通过电磁感应，最后到达示波器即可以得出电机的转速。该仪器只需要打开开关，即可从示波器上读出电机转动的频率，从而可以算出转速。光电门在此起对比作用。

图3 偏心转轮

3 实验数据记录与分析

3.1 实验数据

为分析本实验方法的测量精度，在实验中，我们同时用光电门方法和本实验方法进行了测量，实验数据如表1所示。

从表1中，可以看出，本实验测量结果与对比较实验的光电门的测量方法相一致。

表1 实验数据记录表

3.2 误差分析

误差产生的原因是该装置各部件之间相互连接点处产生摩擦力，其主要的误差来自于线框的重量。

4 结 论

本实验利用偏心转动的特点将物体的圆周运动转化为导体的简谐振动，再通过导体在磁场中电磁感应现象将机械运动转化为电磁运动，并通过由示波器测量电磁运动的频率的方法测出物体的转速。这种方法将物理学中的圆周运动、偏心运动、机械振动、电磁感应知识结合在一起，不仅能够实现对电动机转速的测量，也有利于让学生了解物理知识在实验测量中的运用。在物理实验教学中具有重要的实际意义。

［1］丁益民，徐扬子，大学物理实验［M］.北京：科学出版社，2008.

［2］漆安慎，杜婵英，力学［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］梁灿彬，电磁学［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］张倩影，邓智泉，杨艳，无轴承开关磁阻电机转子质量偏心补偿控制［J］.中国电机工程学报，2011（21）.

［5］施富国，法拉第电磁转动试验装置的改进［J］.物理实验，2012（5）.

［6］黄华，王茂松，俞锦璟，居晨阳，电磁感应式转速传感器特性及应用分析［J］.汽车维护与修理，2010（11）.

［7］王素红，等.基于示波器使用的系列拓展实验研究［J］.大学物理实验，2012，1（12）：30－34.

［8］吴功涛，等.基于数字示波器的傅里叶分析实验的开发［J］.大学物理实验，2012，5（14）：44－46.