No.7电动势式传感器原理与应用课件.ppt

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1、5.1磁电式传感器1.变换原理:磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。感应线圈的感应电动势e为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。第五章电动势式传感器原理与应用2.分类磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型5.1.2动圈式传感器线速度型角速度型测速电机5.1.3磁阻效应传感器磁阻元件的工作原理是利用半导体材料的磁阻效应(或称高斯效应)。实际运动中载流子速度是不完全相同的，因而，在洛伦兹力作用下使一些载流子往一边偏转，所以半导体片内电流分布是不均匀的，改变磁场的强弱就影响电流密度的分布，故表现为半导体片的电阻变化。磁阻效应传感器将

2、磁阻元件置于磁场中，当它相对于磁场发生位移时，磁阻元件内阻R1、R2发生变化，如果将它们接于电桥，则其输出电压比例于电阻的变化。5.1.4磁电式传感器的动态特性磁电式传感器只适用于测量动态物理量，这种传感器是机－电能量转换型，下图是其等效的机械系统磁阻式传感器磁电式车速传感器带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力FL的作用使带电粒子偏向c，d电极，在垂直于B和I的方向上产生一感应电动势VH。该现象称为霍尔效应，所产生的电动势VH称为霍尔电势1.基本原理厚度为d的N型半导体薄片上垂直作用了磁感应强度为B的磁场若在一个方向上通以电流IN型半导体中多数载流子为电子——它沿与电流的相反方向运动5.2霍尔

3、传感器霍尔电势VH的大小由下式决定：式中KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和单位控制电流下所得的开路霍尔电势，取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值半导体是霍尔元件的常用材料材料的厚度d愈小，则KH就愈大、灵敏度愈高磁阻效应与霍尔效应的区别：霍尔电势是指垂直于电流方向的横向电压，而磁阻效应则是沿电流方向的电阻变化。片芯是一块矩形半导体薄片一般采用N形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟等长边两侧面焊有两根控制电流极引线，短边两侧面的中点焊以两导线用于输出霍尔电势霍尔芯片一般用非磁性金

4、属、陶瓷或环氧树脂封装2.霍尔元件的结构在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出使用时，I和B都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)所测外界信号频率可以很高3.霍尔元件的基本电路R为调节电阻，调节控制电流的大小UH两端为霍尔电势输出端霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力霍尔元件的特点：结构简单可靠体积小噪声低动态范围大(输出电压变化范围可达1000:1)频率范围宽(从直流到微波频段)寿命长价格低可以广泛应用于测量：位移可转化为位移的力和加速度磁场变化应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输出电压就决定于

5、控制电流和激磁电流的乘积——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器霍尔传感器的应用改变I或B，或两者同时改变均会引起VH的变化利用该原理可以做成各种传感元件霍尔元件置于两相反方向的磁场中在a、b两端通入控制电流i左半产生的霍尔电势VH1和右半产生的霍尔电势VH2方向相反c，d两端输出电压是VH1-VH2，若使初始位置时VH1=VH2，则输出电压为零。当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向霍尔位移传感器霍尔乘法器霍尔元件置于由坡莫合金(Ni79Mo4)制

6、成的铁芯气隙中，激磁线圈绕于中间芯柱上，当输入直流激磁电流Im时，形成恒定磁场。如果通入霍尔元件的控制电流为i，则霍尔电势即正比于i与Im的乘积，因此霍尔元件可作为乘法器。5.3压电式传感器1.变换原理:压电效应+并联+串联某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。F+q=DF2.压电材料明显呈现压电效应的敏感功能材料叫压电材料。压电材料一般应考虑以下主要特性：1)具有较大的压电常数。2)压电元件的机械强度高、刚度大并具有较高的固有振动频率。3)具有高的电阻率和较大的介电常数。4)具有较高

7、的居里点。居里点高可以得到较宽的工作温度范围。5)压电特性不随时间蜕变，有较好的时间稳定性。(1)石英晶体石英晶体有天然和人工培养两种类型。人工培养的石英晶体的物理+化学性质几乎与天然石英晶体无多大区别，因此目前广泛应用成本较低的人造石英晶体。它在几百摄氏度的温度范围内，压电、系数不随温度而变化。石英晶体的居里点为573℃，即到573℃时，它将完全丧失压电性质。它有很大的机械强度和稳定的机械性能，