传感器与检测技术的理论基础PPT电子课件教案-第7章 磁电式传感器

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1、7.1磁电感应式传感器7.2霍尔式传感器主要内容磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如：振动、位移、转速）转换成电信号的一种传感器。常用的有磁电感应式传感器、霍尔式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势；霍尔式传感器是载流半导体在磁场中有电磁效应而输出电动势。是典型的有源传感器.概述特点：输出功率大，稳定可靠，可简化二次仪表，但频率响应低。通常在10—100HZ适合作机械振动测量、转速测量。传感器尺寸大、重.磁电式传感器机械能电量概述霍尔传感器属于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁电转换原理，磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。随着半导体技术的

2、发展，磁敏元件得到应用和发展，广泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等方面的电磁、压力、加速度、振动测量。特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。磁敏传感器磁学量电信号概述7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.1工作原理根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，线圈内产生感应电动势e。e的大小与穿过线圈的磁通Φ变化率有关。电压灵敏度：由可得；传感器灵敏度：(常数)电流灵敏度:7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.1工作原理根据以上原理有两种磁电感应式传感器：开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化。恒定磁通式：磁场运动部件可以

3、是线圈也可以是磁铁。7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.1工作原理动钢型动圈型7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.1工作原理7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.2基本特性1、非线性误差2、温度误差对铜线而言每摄氏度变化量为dL/L≈0.167×10-4,dR/R≈0.43×10-2,dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的磁性材料。7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.3测量电路信号输出送测量电路接入积分电路测量位移；接入微分电路测量加速度。放大电路基本上是由前置放大电路、中间级放大电路和功率放大电路组成1)、积分电路无源积分电路有源积分电路补充积分电路

4、输出2）微分电路无源微分补充有源微分微分电路输出7．1磁电感应式传感器（电动式）7.1.3测量电路磁电式振动传感器的特性：传感器是发电型传感器，工作时可不加电压，直接将机械能转化为电能输出。速度传感器的输出电压正比于速度信号，便于直接放大。输出阻抗低，对后置电路要求低，干扰小。磁电感应式传感器的频响范围一般在几十赫兹至几百赫兹，低的可至10赫兹，高的可达2000HZ.1.动圈式振动速度传感器7.1.4磁电感应式传感器的应用2.磁电式扭矩传感器7.1.4磁电感应式传感器的应用7.2霍尔式传感器磁敏传感器是对磁场参量(B,φ等)敏感的元器件或装置,具有把磁学物理量转换为电

5、信号的功能，基于磁电转换原理的传感器。主要有磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管和霍尔式磁敏传感器随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，微型化和集成化方向发展。7.2霍尔式传感器7.2.1霍尔效应霍尔传感器就是基于霍尔效应，把一个导体（半导体薄片）两端通以控制电流I，在薄片垂直方向施加磁感强度B的磁场，在薄片的另外两侧会产生一个与控制电流I和磁场强度B的乘积成比例的电动势。通电的导体（半导体）放在磁场中，电流I与磁场B方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。在磁场中导体自由电子在磁场的作用下做定向运动。每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧：霍

6、尔电场霍尔电场作用于电子的力7.2霍尔式传感器7.2.1霍尔效应当两作用力相等时电荷不再向两边积累，达到动态平衡：通过（半）导体薄片的电流I与载流子浓度n，电子运动速度v，薄片横截面积b*d有关：霍尔电势：7.2霍尔式传感器7.2.1霍尔效应代入后：霍尔常数与材料有关霍尔灵敏度与薄片尺寸有关讨论：霍尔电势与哪些因素有关？单位电场强度下载流子的平均速度7.2霍尔式传感器7.2.1霍尔效应讨论：任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件绝缘材料电阻率很大，电子迁移率很小，不适用；金属材料电子浓度很高，RH很小，UH很小。半导体电子迁移率一般大于空穴的迁移

7、率，所以霍尔元件多采用N型半导体（多电子）。由上式可见，厚度d越小，霍尔灵敏度KH越大，所以霍尔元件做的较薄，通常近似1微米。7.2霍尔式传感器7.2.1霍尔效应7.2霍尔式传感器7.2.2霍尔传感器基本结构霍尔晶体外形矩形薄片有四根引线，两端加激励两端为输出；电源E，控制电流I；负载RL，R可调保证控制电流，B磁场与元件面垂直（向里）。实测中可把I*B作输入，也可把I或B单独做输入。通过霍尔电势输出测量结果。输出Uo与I或B成正比关系。1）额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。以元件