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1、昆明理工大学《自动检测技术及仪表》课程设计题目：开关型霍尔传感器学院：信息工程与自动化学院专业：测控技术与仪器年级：姓名：学号：目录摘要............................................................................................................................2霍尔传感器的工作原理……………………………………………………………2开关型霍尔传感器的工作原理及组成结构………………………………………4开关型霍尔效应传
2、感器分类………………………………………………………5开关型霍尔传感器的工程实现……………………………………………………8结合实际案例分析传感器的应用技术及应用领域——出租车计价器…………13总结…………………………………………………………………………………17参考资料……………………………………………………………………………1717一．摘要开关型霍尔效应传感器是磁敏接近式传感器，具有应用灵活、宽工作电压范围和采样频率高等特点，是一种可靠性高无接触清洁型传感器，在位置传感、旋转测量等方面得到了广泛应用。开关型霍尔效应传感器主要分单极接
3、近型和双极锁存型。开关型霍尔传感器是集成霍尔传感器的一种,它主要被应用于周期和频率的测量、转速的测量、液位控制等方面.从原理上讲,霍尔开关显得较为简单,但是设计霍尔开关却需要具备较宽的知识结构,它不仅要求具备物理学知识,而且还要求具备电子技术等方面的知识。本文简单扼要地介绍了开关型霍尔集成传感器的原理和特性,概括地介绍了几种使用型式,列举了在出租车计价器等的实用方法。介绍了一种简单、实用的测试电路。关键词：霍尔效应霍尔元件开关型霍尔集成传感器成品传感器二.霍尔传感器的工作原理由霍尔效应原理可知,当霍尔片处于磁场中,并在垂直于磁场的方
4、向上通以电流时,霍尔片上与电流和磁场垂直的方向上将会有霍尔电势差VH=KBI输出.当通过霍尔片的电流恒定不变时,改变磁场的大小,可以改变霍尔电势差VH.开关型霍尔传感器由稳压器A、硅霍尔片B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五部分组成,如图1所示.从输入端1输入电压VCC,经稳压器A稳压后加在硅霍尔片B的两端,以提供恒定不变的工作电流.在垂直于霍尔片的感应面方向施加磁场,产生霍尔电势差VH,该VH信号经差分放大器C放大后送至施密特触发器D整形.当磁场达到“工作点”(即Bop)时,触发器D输出高电压(相对于地电位),使三极管
5、E导通,输出端Vo输出低电位,此状态称为“开”.当施加的磁场达到“释放点”(即Brp)时,触发器D输出低电压,使三极管E截止,输出端Vo输出高电位,此状态称为“关”.这样2次高低电位变换,使霍尔传感器完成了1次开关动作.如图2所示.Bop-Brp称为磁滞.在此差值内,输出电位Vo保持高电位或低电位不变,因而输出稳定可靠.1717三.开关型霍尔传感器的工作原理及组成结构（一）测量原理开关型霍尔传感器可分为单稳态和双稳态，内部均有5个部分，即由稳压源、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及输出级组成。双稳态传感器具有两组对称的施密
6、特整形电路。图3是单稳态开关集成霍尔元件UGN3020的功能图及输出特性。对于开关型传感器的正值规定是：用磁铁的S极接近传感器的端面所形成的B值为正值。由图3看出，当B=0时，V0为高电平；当外磁场增至BOP时，输出V0由高电平转为低电平。外磁场由BOP降至BrP时，输出V0由低电平反向，BrP被称为释放点。对于UGN3020，BOP=0.022T，BRP=0.0165T，VOL=80～150mV，VOH=4V，工作电压为4.5V～24V。UGN3020可组成转速计探头。该探头由霍尔元件UGN3020和磁钢组成测量电路。将具有10个
7、齿的圆盘固定于被测对象的旋转主轴上。当圆盘齿经过测量磁路的间隙时，霍尔元件输出高电平，其他时间输出为低电平；这样圆盘每转一周，电路输出10个脉冲，脉冲经过分频后，用频率计即可测出被测对象的实际转速。17用集成霍尔传感器还可以组成过流检测保护电路，该电路如图4所示。UGN3020固定于环形互感磁钢的空隙中，调整传感面的位置，即可调节其动作的起始磁场，图中的继电器如用内含双向晶闸管的固态继电器代替，可以组成无触点的过流保护电路。开关型霍尔元件最具特点的应用是在无刷电机上。通常的直流电机采用电刷型整流子供电，这种供电机构工作时噪声大，电机
8、的寿命由于换相器的严重磨损大大减校利用霍尔元件代替整流子不仅可以根治有刷电机的上述弊端，而且可以对电机直接调速。如日本胜利公司的HR7200型录像机中，采用两个霍尔元件和旋转磁钢构成电机本体，利用霍尔元件IC1、IC2去开关驱动晶闸管
