第7章磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、第七章磁电传感器1磁电型传感器是将磁信号转换成电信号或电参量的装置。利用磁场作为媒介可以检测很多物理量，如位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。它不仅可实现非接触测量，并且不从磁场中获取能量。常用的磁电式传感器有磁电感应式传感器、磁栅式传感器、霍尔式传感器及各种磁敏元件等。2第一节霍尔传感器霍尔传感器是目前国内外应用最为广泛的一种磁敏传感器。霍尔传感器利用磁场作为媒介，可以检测很多的物理量，如微位移、加速度、转速、流量、角度等；也可用于制作高斯计、电流表、功率计、乘法器、接近开关和无刷直流电机等。它可以实现非接触测量

2、，而且在很多情况下，可采用永久磁铁来产生磁场，不需附加能源。因此，这种传感器广泛应用于自动控制、电磁检测等各个领域中。3霍尔传感器有霍尔元件和霍尔集成电路两种类型。目前，霍尔传感器已从分立型结构发展到集成电路阶段。霍尔集成电路是把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等做在一个芯片上的集成电路型结构。与前者相比，霍尔集成电路更具有微型化、可靠性高、寿命长、功耗低以及负载能力强等优点，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。4一、霍尔效应在半导体薄片上垂直施加磁场B，在薄片两个短边b方向通入控制电流I，则在磁场洛伦兹力FL作用下，在

3、薄片两长边方向产生电动势，这种现象叫做霍尔效应。输出电压L、d、b为霍尔元件的几何参数5令霍尔传感器输出电压当霍尔元件的材料、几何尺寸确定后，其输出电压UH与控制电流I、磁感应强度B成正比。6二、霍尔元件的基本特性UH-I特性KH和B为常数是，输出电压UH与控制电流的关系。2.UH-B特性3.UH-IB特性7三、测量电路1.基本电路控制电流I；霍耳电势VH；控制电压V；输出电阻R2；输入电阻R1；霍耳负载电阻R3；霍耳电流IH。图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电

4、阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。VHR3VBIEIH霍耳器件的基本电路R实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可以正比于I或B,或者正比于其乘积IB。8霍尔传感器输出信号一般为mV级，需要放大。可以选择运算放大器放大电路，输出线性电压Vo=KUH在一些场合，只需要输出一个开关量信号，这时运放的负反馈电阻RF？9四、误差及补偿零位误差及补偿I=0，B=0时出现的输出电压△UH.叫做零位误差。（1）产生零位误差的原因：①直流寄生电势②寄生感应电势③不

5、等位电势可以电路方法补偿，运算放大器有调零电路也可以利用计算机软件补偿。102.温度误差及补偿半导体材料的电阻率随温度变化。控制电流大可以提高灵敏度，但会导致发热,增大误差。利用补偿电路或者软件方法进行温度补偿11五、集成霍尔传感器1.开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。这种集成电路一般由霍尔元件、稳压电路、差分放大器、施密特触发器以及OC门(集电极开路输出门)电路等部分组成。12开关型霍尔集成电路的开关形式有单稳态和双稳态两种，在输出上有单端输出和双端输出。常用的型号

6、有UGN-3020系列和CS系列，外形结构有三端T型和四端T型(双端输出)，图8-13为UGN-3020系列开关型霍尔集成电路外形与内部电路框图。132．线性型霍尔集成电路线性型霍尔集成电路通常由霍尔元件，差分放大、射极跟随输出及稳压电路四部分组成。其特点是输出电压与外加磁感应强度B呈线性关系，它有单端输出和双端输出(差动输出)两种形式。外形结构有三端T型和八脚双列直插型，其电路框图和外形结构如图14六、霍尔传感器的应用部分霍尔传感器外观如图15高斯计：电流计：转速计：霍尔开关：16例：柴油机防飞车保护装置下图所示是柴油机防飞车保

7、护装置电路。该装置主体由检测传感部分和控制部分组成。检测部分由磁铁和霍尔传感器组成。磁铁用环氧树脂粘合而固定在柴油机的飞轮一侧上，其随着飞轮的运转，霍尔传感器（开关型）产生一个个计数脉冲信号。控制部分主要由频率／电压变换器件、控制继电器电磁阀组成。17频率／电压变换器件将频率信号转换为与之呈线性对应的电压信号，并经内部运放和输出放大级后输出。当信号频率高于一定值时，输出放大级输出电压增大到继电器的吸合电压，使继电器KA吸合，并通过二级管VD将LM2917的3脚电位钳定，从而实现了超速锁定的目的。这时即使信号频率下降，控制继电器KA

8、仍将处于吸合状态，直到断开电源为止。继电器KA吸合，电磁阀YV切断柴油机供油，从而迫使柴油机停车，保护柴油机和它的负载机械不会因为飞车（过速）而损坏。18例：照明自动控制装置当人打开门进卫生间再关上门时，磁钢G离开霍尔集成传感器HG（CS-3020