磁电式传感器课件

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1、磁电传感器磁场参量(B,H,φ)电参量应用：磁场强度、位移、振动、无损探伤、转速等利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成。分类：体型和结型。体型有霍尔传感器，其主要材料InSb(锑化铟)、InAs（砷化铟）、Ge（锗）、Si、GaAs等和磁敏电阻InSb、InAs。结型有磁敏二极管Ge、Si,磁敏晶体管Si第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏传感器内容提要学习目标熟悉磁电感应式传感器工作原理及类型；掌握霍尔效应和霍尔元件的工作原理；理解霍尔元件测量电路原理；掌握不等位电势产生原因

2、及补偿方式；了解霍尔传感器应用；熟悉磁敏电阻器、磁敏二极管、磁敏三极管工作原理。第一节磁电感应式传感器一、磁电感应式传感器工作原理二、磁电感应式传感器基本特性三、磁电感应式传感器的测量电路四、磁电感应式传感器的应用一、磁电感应式传感器工作原理B：稳恒均匀磁场磁感应强度；L：导体有效长度；V：导体相对磁场运动速度。导体在稳恒均匀磁场中运动N匝线圈处于变化的磁场中两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。开磁路变磁通式：结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。1、变磁通式闭磁路变磁通

3、式：感应电势的频率与被测转速成正比。2、恒定磁通式2、恒定磁通式B0：工作气隙磁感应强度；l：每匝线圈平均长度；N：线圈在工作气隙磁场中的匝数；v：相对运动速度。二、磁电感应式传感器基本特性Rf：测量电路输入电阻；R：线圈等效电阻。传感器的电流灵敏度为输出电压和电压灵敏度分别为为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场内运动。提高灵敏度方法：选用具有磁能积较大的永久磁铁；尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加ｌ和N，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。三、磁电感应式传感器的测量电路

4、磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有较高的灵敏度，不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积分或微分电路。四、磁电感应式传感器的应用动圈式振动速度传感器1、芯轴2、外壳3、弹簧片4、铝支架5、永久磁铁6、线圈7、阻尼环8、引线磁电式振动测量演示磁电式转速传感器演示第二节霍尔传感器一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理二、霍尔元件的主要技术参数三、霍尔元件测量电路和输出电路四、霍尔元件的测量误差补偿方法五、霍尔传感器应用一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理在半导体薄片中通

5、以电流I,在与薄片垂直方向加磁场B，则在半导体薄片的另外两端，产生一个大小与控制电流I和B乘积成正比的电动势，这种现象称为霍尔效应。该电势称为霍尔电势，该薄片称为霍尔元件。1、霍尔效应UHbldIFLFEvB2、霍尔元件的工作原理设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时洛仑兹力：FL=-evB电场作用于电子的电场力为当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，有eEH=evB故霍尔电场的强度为EH=vB所以，霍尔电压UH可表示为UH=EHb=vBb流过霍尔元件的电流为I=dQ/dt=bdvn（-e）v=-I/nebd所以：U

6、H=-BI/nedn—N型半导体中的电子浓度p—P型半导体中的空穴浓度P型半导体3、霍尔系数及灵敏度N型霍尔系数P型霍尔系数ρ—材料电阻率μ—载流子迁移率霍尔系数由半导体材料性质决定，且决定霍尔电势的强弱。N型材料电阻率P型材料电阻率说明什么讨论：为什么只能用半导体材料作霍尔元件？金属材料电子μ很高但ρ很小；绝缘材料ρ很高但μ很小;故为获得较强霍尔效应，霍尔片全部采用半导体材料制成。电子的迁移率比空穴大，所以以N型半导体居多。霍尔元件灵敏度KH=RH/dUH＝KHIB单位磁感应强度和单位控制电流作用时，所能输出的霍尔电

7、势的大小。单位是mV/（mA·T）意义：与材料的物理性质和几何尺寸有关，决定霍尔电势的强弱。若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹角为θ时，霍耳电势应为：VH＝KHIBcosθ霍耳器件薄膜化是提高灵敏度的一个途径。霍尔器件符号HABCDABCDBACDC、D：霍耳输出端，称为霍尔端或输出端。A、B：电极端，称为元件电流端、控制电流端或输入电流端。红色导线红色导线绿色导线绿色导线一般为4mm×2mm×0.1mm二、霍尔元件的主要技术参数1、额定功耗P0:霍尔元件在环境温度T=250C时，允许通过霍尔元件的电流和电压的

8、乘积。2、输入电阻和输出电阻Ri：激励电极间的电阻值。Ro：霍尔元件电极间的电阻。3、不等位电势U0：在额定控制电流I下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍尔电势。①霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；②半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；③激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。4、霍尔电势温度系数：在一定