第八、九章磁电感应式、霍尔式传感器.pptVIP

liby@dlpu.edu.cn 第8章 磁电感应式传感器 8.1 基本原理 利用电磁感应定律将被测量转变成感应电动势而 进行测量的一种传感器，又称磁电感应式传感器。 (1)根据电磁感应定律，导体在稳恒均匀磁场中沿 垂直磁场方向运动时， 导体内产生的感应 电势为： 第9章 霍尔式传感器 9.1 工作原理 霍尔式传感器是基于霍尔效应，是将电流、磁 场、位移、压力、压差、转速等被测量转换成电动势 输出的一种传感器。 应用：将被测量电流，磁场、位移、压力转换 霍尔电压。 特点：结构简单、工艺成熟、线 性好、频带宽、体积小使用寿命长。 霍尔效应：金属或半导体薄片置 于磁场中，当有电流流过时，在垂直 于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为 霍尔效应。霍尔效应原理：基于电荷受磁场中洛伦兹 力作用的结果。 5、霍尔集成器件将霍尔元件、放大器、施密特 触发器及输出电路集成化。P110 霍尔线性集成器件构成：霍尔元件、放大器、 差分输出电路、稳压电源；无触点电位器、无刷直 流电机、位移传感器。 霍尔开关器件原理将被测磁场强度转换为电 平输出，当磁感应强度为B1，输出为高电平；当 磁感应强度为B2，输出为低电平。 2、霍尔转速传感器 霍尔转速传感器的结构 原理如图所示。它是利用开 关型霍尔集成电路测量转速， 在被测物体上粘贴一对或数 对小磁钢，霍尔开关型集成 电路安装在小磁钢附近。待 测物以角速度旋转时，霍尔 传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉 冲。 3、霍尔汽车无触点点火器 汽车四汽缸点火装置示 意图如图。P112 1 磁轮鼓；2 开关型霍尔集成 电路； 3 功率开关； 4 点火线圈； 5 火花塞 UH与I和B的乘积成正比，如果I和B是两个独立变 量，霍尔器件就是一个简单实用的模拟乘法器；如果 I和B分别与某一负载两端的电压和通过的电流有关， 则霍尔器件便可用于负载功率测量。上图示是霍尔功 率传感器原理图。负载所取电流流过铁芯励磁线圈以 产生交变磁感强度B=KBImsin（ωt+ ），电源电压经 过降压电阻得到的交流电流(ic=KiUmsinωt)流过霍尔 器件，则霍尔器件输出电压便与电功率成正比。 1、设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。 * (2)当一个N匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率 dφ/dt有如下关系： 磁电感应式可设计成变磁通式 和恒磁通式两种结构。 一、变磁通式结构 图（a）为衔铁上下振动结构。用于振动速度的测量。图（b）为变磁通式结构。铁心以角速度ω旋转，截面积为A。旋转使磁感应强度为：B1=Bsin（2ωt） 恒磁通式：磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作 气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。运动部件可 以是磁铁（动铁式），如图（a）；也可以是线圈（动圈 式），如图（b）、图（c）。运动方向与磁感应强度间夹角。 二、恒磁通式结构 磁电式传感器不需要辅助电源，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。 磁电式传感器与变气隙式电感传感器的区别：变气式 电感传感器没有永久磁铁，只是个铁心线圈，磁电式传感 器是把衔铁的运动速度转换为电压，电压与位移对时间的 变化率成正比，而变气式电感传感器是将衔铁位移转换为 线圈电感变化，电感与位移成对应关系。 三、接口电路 磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积分或微分电路。图为一般测量电路方框图。 霍尔系数RＨ（见P101） RＨ=ρμ 9.2 霍尔传感器组成与基本特性 霍尔元件的结构和符号图 1、霍尔元件符号 2、特性 霍尔电压与磁感应强度在一定范围内保持线性， 霍尔元件输出电阻随磁场绝对值增加而增加。 　　 3、霍尔元件的基本误差及其补偿（P104） 4、基本电路 　　图示为霍尔器件的基本电路。控制电流由电源E供给，R为调节电阻，调节控制电流的大小。霍尔输出端接负载电阻Rf。Rf可 以是一般电阻，也可以 是放大器的输入电阻或 指示器内阻。在磁场与 控制电流的作用下，负 载上就有电压输出。 在实际使用时，电流 I或磁场B，或者两者同时作为信号输入，而输出信号则正比于I或B，或者正比于它们的乘积。 　　　 　　1） 恒压工作P107 　　如图所示，恒压工作比恒流工作的性能要差一些，适合于对精度要求不高的场合。当使用SHS210霍尔器件时，在1V、1K高斯条件下，输出电压为21～55 m