2.8磁电式检测元件解析.pptVIP

2.检测技术与检测元件 基本要求 根据电磁感应定律，导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输出；磁电感应式检测元件就是利用电磁感应定律，实现将运动速度、位移等物理量转换成线圈中的感应电动势输出。 根据工作原理，磁电感应式检测元件的主要结构形式分两种类型 恒定磁通式（恒磁阻式） 变磁通式（变磁阻式） 应用－振动监测 转速测量 磁电感应式检测元件相当于一个电源 检测元件的电流灵敏度Si和电压灵敏度Sv为： 当磁电感应式检测元件工作温度发生变化，或受到外磁场干扰，或受到机械振动或冲击时，其灵敏度都将发生变化而产生测量误差，其相对误差为 4.磁电感应式检测元件的误差分析 5.磁电感应式传感器的特点 有源传感器 具有较大的输出功率 只应用于动态测量，如机械振动测量、转速测量。 传感器尺寸大、重。 通电的导体（半导体）垂直放在磁场中，导体在垂直于电流I与磁场B方向上会产生感应电动势，这种现象称为霍尔效应。 在与磁场垂直的半导体薄片上通以电流I，假设载流子为电子(N型半导体材料)，它沿与电流I相反的方向运动，由于洛仑兹力fL的作用，电子将向一侧偏转，并使该侧形成电子的积累，而另一侧形成正电荷积累，于是元件的横向便形成了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受到的电场力fE与洛仑兹力fL相等时，电子的积累达到动态平衡。这时在两横端面之间建立的电场称为霍尔电场EH，相应的电势称为霍尔电势UH。 霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。 磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度? 时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos?，这时的霍尔电势为 UH=KHIBcos? （1）霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件 （2）霍尔转速表 将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。随着齿轮的转动，磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经放大、整形后可以确定被测物的转速。 霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空隙对准霍尔元件时，输出为低电平。 测量霍尔元件输出的脉冲频率就可以确定被测物的转速。 被测力使波纹膜盒膨胀，带动杠杆向上移动，从而使霍尔元件在磁路系统中运动，改变了霍尔元件所受的磁场大小及方向，引起霍尔电势大小和极性的变化。 由于波纹膜盒及霍尔元件的灵敏度很高，所以可用于测量微小压力的变化。 作为压力敏感元件的弹簧管，其一端固定，另一端安装霍尔元件。 当输入压力增加时，弹簧管伸长，使处于恒定磁场中的霍尔元件产生相应位移，霍尔元件的输出即可反映被测压力的大小。 (4) 霍尔液位传感器 霍尔器件装在容器外面，永久磁体支在浮子上，随着液位变化，作用到霍尔器件上的磁场的磁感应强度改变，从而可测得液位。 霍尔式振动示意图 （6）霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。 （6）霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。 霍尔式接近开关用于转速测量演示 开关型霍尔IC 霍尔集成器件可分为线性型和开关型两大类。 线性型霍尔特性 右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。 当磁场为零时，它的输出电压等于零； 当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时， 输出为正； 磁场反向时，输出为负。 开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。 开关型霍尔集成电路的施密特输出特性 回差越大，抗振动干扰能力就越强。 磁电感应式检测元件的基本工作原理：电磁感应定律 磁电感应式检测元件的类型： 恒定磁通式 变磁通式 掌握霍尔式检测元件的基本工作原理：霍尔效应 磁电感应式检测元件、霍尔式检测元件的应用：测转速、压力、液位、振动、霍尔式接近开关 作业 教材P85：15、19 霍尔电势的产生 c d 在磁场作用下导体中的自由电子做定向运动。 每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧： 霍尔电场作用于电子的力 霍尔电场 当两作用力相等时电荷不再