传感器与检测技术第二版胡向东著第七章 磁电式传感器课件.ppt

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1、第7章磁敏式传感器7.1磁电感应式传感器7.2霍尔式传感器本章要点下页返回磁电式传感器是通过磁→电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。7.1磁电感应式传感器下页上页返回一、类型及工作原理磁电感应式传感器也称为电动式传感器（感应式传感器），它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的原理工作的。（发电机原理）特点：不需要电源，可直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，输出电压灵敏度高，频率响应（10～1000Hz），但体积、重量较大，一般适于测量振动、转速、扭矩等参数。根据法拉

2、第电磁感应定律：W匝线圈在恒定磁场中运动并切割磁力线时，线圈中将产生感应电动势：下页上页返回线圈相对磁场运动速度为v或下页上页返回（一）恒定磁通式分动圈式（a）和动铁式（b）两种结构（相对于壳体）图7-1恒定磁通路电感应式传感器结构原理图图7-2变磁通式磁电感应式传感器结构原理图（a)开磁路(b)闭磁路下页上页返回（二）变磁通式二、测量电路图7-5磁电感应式传感器测量电路方框图下页上页返回三、磁电感应式传感器应用举例下页上页返回图7-6动圈式恒磁通振动速度传感器下页上页返回图7-7磁电感应式转速传感器（变磁通式）1——转轴2——转子3——永久磁铁4——

3、线圈5——定子上页返回下页图7-9电磁流量计（恒磁通式）7.2霍尔式传感器霍尔效应和霍尔元件材料霍尔元件构造及测量电路霍尔元件的主要技术指标霍尔元件的补偿电路霍尔式传感器的应用举例霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。上页返回下页1.霍尔效应：一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH。这种现象称为霍尔效应。霍尔式传感器是由霍尔元件所组成。上页返回下页图7-10霍尔效应原理图7

4、.2.1工作原理电场力:洛伦兹力:平衡时:上页返回下页RH—霍尔系数KH—灵敏度2.霍尔元件外形、结构和符号下页上页返回霍尔元件的命名下页上页返回图7-12霍尔元件的线性特性和开关特性上页返回下页特性线性器件：输出模拟量开关器件：输出数字量负载特性：当霍尔电极间接有负载时（阻抗非无穷大），有电流流过内阻产生压降，实际的霍尔电动势将比理论值略小。温度特性：半导体材料受温度影响大，将影响霍尔系数、电阻率、灵敏度等。1．锗(Ge)输出小，但温度性能和线性度较好；2．硅(Si)线性度最好，但带负载能力较差，通常不作单个霍尔元件；3．砷化铟(InAs)输出较大，

5、受温度影响小，线性度较好，应用较多；4．锑化铟(InSb)输出大，但受温度影响大（尤其是低温）上页返回下页材料额定激励电流IH使霍尔元件温升10℃所施加的控制电流值称为额定激励电流。通常用IH表示。输入电阻Ri它是指控制电流极间的电阻值。它规定要在室温(20±5℃)的环境温度中测取。输出电阻Rs它是指霍尔电极间的电阻值。规定中要求在(20±5℃)的条件下测取。热阻RQ它表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入lmW的电功率时产生的温升，单位为C／mW。主要技术指标下页上页返回上页返回下页7.2.2测量电路霍尔元件的基本测量电路如图所示。激励电流由电源

6、E供给，可变电阻RP用来调节激励电流I的大小。RL为输出霍尔电势UH的负载电阻。图7-15基本测量电路上页返回下页（a）线性型（b）开关型精确跟踪磁密度的变化单极性靠近单磁极→低电平（关）双极性全极性不等位电势当霍尔元件通以控制电流IH而不加外磁场时，它的霍尔输出端之间仍有空载电势存在，该电势就称为不等位电势(或零位电势)。上页返回下页产生原因：霍尔电极不在同一等位面上；半导体材料（电阻率、几何尺寸等）不均匀；控制电极接触不良。测量误差及补偿图7-13不等位电势的补偿电路上页返回下页寄生直流电势产生原因：控制电极和霍尔电极接触不良→接触电阻；两霍尔电极

7、大小不对称→热容量不同。与工作电流有关，随工作电流减小而减小。温度误差及其补偿霍尔元件是采用半导体材料制成的，因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时，霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生化，从而使霍尔元件产生温度误差。为了减小温度误差，除了选择温度系数小的霍尔元件(如InAs)或采取恒温措施外，由可看出：采用恒流源供电是个有效措施，减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流的变化，但是还不能完全解决霍尔电动势的稳定问题。上页返回下页并联分流电阻RP，当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，RP会自动加强分流，减小了霍尔元件的

8、控制电流IH，从而达到补偿目的。图7-14温度补偿电路下页上页返回→上页返回下页图7-25桥路