《磁电霍尔式改》PPT课件

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1、5磁电式传感器5.1磁电感应式传感器磁电感应式是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器根据电磁感应定律，当N匝线圈在均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，产生的感应电势大小决定于穿过线圈的磁通量Φ的变化率。一、磁电感应式传感器工作原理二、结构类型1、恒磁通式传感器（动圈式图a、动铁式图b）在这类磁电式传感器中，工作气隙中的磁通保持不变，而线圈中的感应电动势是由于工作气隙中的线圈与磁钢之间作相对运

2、动，线圈切割磁力线产生的。其值与相对运动速度成正比。当线圈相对于磁场方向作直线运动或旋转运动时，所产生的感应电动势e为：e=－NBlvl为每匝线圈的平均长度B为线圈所在磁场的磁感应强度S为每匝线圈的平均截面积在传感器结构参数确定后，B、l、N、S均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度v成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度。由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。2、变磁通式(开磁路式图a，闭磁路式图b)产生磁场的永久磁铁和线圈固定不动，而是通过磁通的

3、变化产生感应电动势。常用来测量旋转物体的角速度。之前学过的传感器可以通过改变或增加敏感元件的方法测量更多的物理参数：1、电阻式传感器：基本测量量①：位移力加速度基本测量量②：形变力加速度2、电感式传感器：基本测量量：位移力加速度3、电容式传感器：基本测量量：位移力加速度思考：如何让磁电式传感器可以测量振动、位移(静态)、加速度(静态)？振动振动三、测量电路磁电感应式传感器直接输出感应电势。所以任何具有一定工作频带的电压表或示波器都可采用。并且由于该传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不

4、需要增益放大器。但磁电感应式传感器是速度传感器，如要获取位移或加速度信号，就需配用积分电路或微分电路四、感应式传感器的应用5.2霍尔式传感器霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家爱德文·霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应,但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。按照霍尔器件的功能可分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后

5、者输出数字量。一、霍尔效应在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，产生的电势差称为霍尔电压。FL＝evBe为载流子电荷量；v为载流子的运动速度；B为磁感应强度以N型半导体为例，导电的载流子是电子。在垂直方向的磁场作用下，电子受到洛仑兹力FL作用，其方向用右手定则判断。在洛仑兹力的作用下，电子向一侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，另一侧则形成正电荷的积累。这样，这两端面因电荷积累而建立了一个电场Eh，称为霍尔电场。该电场对电子

6、的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有eEh＝evB由上可推得：RH为霍尔系数，它反映材料霍尔效应的强弱。kH为霍尔灵敏度，它表示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。由上式可见：1）霍尔电压UH与材料的性质有关。材料的载流子浓度小，RH就大。金属的载流子浓度很大，所以产生的霍尔电势UH就极小，故不宜做成元件。在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的大，即μn>μp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。2）霍尔电压UH与元

7、件的尺寸有关。d愈小，kH愈大，霍尔灵敏度愈高，所以霍尔元件的厚度都比较薄，但d太小，会使元件的输入、输出电阻增加。3）霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。所以，它可以用于感应磁场强度和电流大小。RH＝μρ载流体的电阻率ρ、载流子迁移率μ(迁移率，是指在单位电场强度作用下，载流子的平均速度值)kH＝RH/d二、霍尔元件基本结构霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线：1-1两根引线加控制电压或电流，称控制电极（激励电极）；2-2引线为霍尔电极

8、。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装的。在电路中，霍尔元件一般符号如图所示。1122三、霍尔元件基本特性1、输入电阻和输出电阻控制电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对外电路来说相当于一个电压源,其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且环境温度在20℃时确定的2、不等位电势当霍尔元件的激励电流为I时,若元件所处位置磁感应强度为零,则它的霍尔电势应该为零,但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称