设计油气管道无损探伤系统

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1、2021/7/141情境五设计油气管道无损探伤系统2021/7/142任务一霍尔传感器在这一章里，要给大家介绍霍尔传感器的原理、特性、霍尔集成电路（霍尔IC）及其应用。霍尔IC可以用于测量地球磁场，制成电罗盘；将霍尔IC夹在环形铁心的缺口中，可以制成大电流变送器。霍尔传感器还广泛用于高斯计、无刷电动机、接近开关等。霍尔传感器的最大特点是非接触测量。最基本的霍尔元件是一种四端元件第一节霍尔元件的结构及工作原理半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。一霍尔效应图8-1霍尔效应UHbldIFLF

2、EvB所以，霍尔电压UH可表示为UH=EHb=vBb(8-3)设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时FL=qvB(8-1)当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有qEH=qvB故霍尔电场的强度为EH=vB（8-2）流过霍尔元件的电流为I=dQ/dt=bdvnq得：v=I/nqbd(8-4)所以：UH=BI/nqd若取RH=1/nq则RH被定义为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。设KH即为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小.单位是mV/（mA·T）磁感应强度B较大时的情况作用在半导体薄片

3、上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：EH=KHIB磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍尔电势与法线的夹角的余弦成正比：EH=KHIBcos磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势演示结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变电势。acdb霍尔元件的主要外特性参数最大磁感应强度BM上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少高

4、斯至正的多少高斯？（1T＝104Gs）线性区mVB霍尔元件的主要外特性参数（续）最大激励电流IM:由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。以下哪一个激励电流的数值较为妥当？8μA0.8mA8mA80mA第二节霍尔集成电路霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。线

5、性型三端霍尔集成电路线性型霍尔特性右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时，输出为正；磁场反向时，输出为负。请画出线性范围开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。开关型霍尔集成电路的外形及内部电路OC门施密特触发电路双端

6、输入、单端输出运放霍尔元件.Vcc开关型霍尔集成电路的史密特输出特性回差越大，抗振动干扰能力就越强。当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？第三节霍尔传感器的应用霍尔电势是关于I、B、三个变量的函数，即EH=KHIBcos。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。霍尔传感器主要用于测量能够转换为磁场变化的其他物理量。一、霍尔特斯拉计（高斯计）霍尔元件霍尔高斯计（特斯拉计）的使用霍尔元件磁铁霍尔传

7、感器用于测量磁场强度霍尔元件测量铁心气隙的B值霍尔转速表在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。SN线性霍尔磁铁霍尔转速表原理当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，