第05章磁电式传感器课件.ppt

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1、第五章磁电式传感器第七章磁传感器磁是人们所熟悉的一种物理现象，因此磁传感器具有古老的历史。最简单的把磁转换成电的磁传感器就是线圈，根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里，产生与磁通变化速率成正比的感应电动势。现代的磁传感器已向固体化发展，它是利用磁场作用使物质的电性能发生变化的各种物理效应制成的，从而使磁场强度转换为电信号。磁传感器的种类较多，制作传感器的材料有半导体、磁性体、超导体等，不同材料制作的磁传感器其工作原理和特性也不相同。第五章磁电式传感器§5-1霍尔传感器霍尔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

2、的一种传感器。一、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的物理效应。置于磁场中的静止载流体中，若电流方向与磁场方向不相同，则在载流体的垂直于电流与磁场方向所组成的两个侧面将产生电动势。这一现象为美国物理学家爱德文·霍尔于1879年发现，称为霍尔效应，相应的电动势称为霍尔电势。第五章磁电式传感器bdVHIlBvF′F－＋＋－称为霍尔系数，它是由基片材料的物理性质决定常数；灵敏度系数，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电势大小。当磁场感应强度B和霍尔片平面法线成角度θ时,霍尔电势为：第五章磁电式传感器设为N型半导体，载流子为电子。霍尔

3、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。优点：结构简单，体积小，坚固，频率响应宽，动态范围大,无触点,使用寿命长,可靠性高,易微型化和集成电路化。不足：温度影响大，要求转换精度较高时必须进行温度补偿。第五章磁电式传感器霍尔元件砷化钠霍尔器件温度系数小，灵敏度高，线性度好，温漂小，稳定性高，体积小第五章磁电式传感器二、霍尔片主要技术指标1、额定激励电流IH使霍尔片温升10℃所施加的控制电流值。（限制额定激励电流的主要因素是散热条件）2、输入电阻Ri控制电极间的电阻值，规定在室温（20±5℃）的环境

4、温度中测取。指霍尔电极间的电阻值，规定在（20±5℃）条件下测取。3、输出电阻RS第五章磁电式传感器4、不等位电势V0及零位电阻r0当控制磁感应强度为零，控制电流为额定值IH时，霍尔电极间的空载电势称为不等位电势（或零位电势）。第五章磁电式传感器不等位电势也可用不等位电阻表示：—零位电阻产生不等位电势的原因主要是：①霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；②半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；③控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。（均是制造工艺造成的）第五章磁电式传感器三、霍尔片的电路1、不等位电势的补偿由于不等位电势与不

5、等位电阻是一致的，因此可以用分析其电阻的方法来进行补偿。第五章磁电式传感器ABCDIR1R2R3R4补偿原理：将R1、R2、R3、R4其视为电桥的四个臂，即电桥不平衡，为使其平衡可在阻值较大的臂上并联电阻，或在两个臂上同时并联电阻。图中A、B为控制电极，C、D为霍尔电极，在极间分布的电阻用R1、R2、R3、R4表示，理想情况是R1＝R2＝R3＝R4，即零位电势为零（或零位电阻为零）。但实际上存在着零位电势，则说明此四个电阻不等。第五章磁电式传感器第五章磁电式传感器2、温度补偿霍尔片是采用半导体材料制造的，因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。如半导体材料的电

6、阻率，迁移率和载流子浓度等都随温度而变化。霍尔片的性能参数如输入和输出电阻，霍尔系数等也随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差，为了减小温度差：①除选用温度系数较小的材料（如砷化铟）；②采用适当的补偿电路。第五章磁电式传感器（1）采用恒流源供电和输入回路并联电阻温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在稳压源供电时，会使控制电流发生变化，带来误差。为了减小这种误差，最好采用恒流源，但霍尔片的灵敏度系数KH也是温度的函数，为进一步提高VH的温度稳定性，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在其输入回路中并联电阻RP。第五章磁电式传感器（2）采用恒压源和输入回路串联电阻

7、当霍尔元件采用稳压电源供电，且霍尔输出开路状态工作时，可在输入回路串入适当电阻来补偿温度误差。第五章磁电式传感器四、霍尔开关集成传感器霍尔开关集成传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。－＋×稳压整形VCC输出地123霍尔元件放大由稳压电路、霍尔元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。稳压电路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作，开始输出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口。第五章磁电式传感器－＋×稳压整形VCC输出地123霍尔元件放大当有磁场作用在传感器上时，霍尔元件输出霍尔电压VH

8、，该电压经放大器放大后，送至施密特整形