第七章电磁式传感器探讨.ppt

7.1 磁电感应式传感器 7.1.1 工作原理和结构类型 7.1.2 动态特性 7.1.3 误差及其补偿 7.1.4 信号调理电路 7.1.5 应用举例 7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应与霍尔元件材料 7.2.2 测量电路 7.2.3 特性和指标 7.2.4 补偿电路 7.2.5 应用举例 7.3 磁敏传感器 7.3.1 磁敏电阻 7.3.2 磁敏二极管 7.3.3 磁敏三极管;知识单元与知识点;磁电式传感器;7.1 磁电感应式传感器; 电感式传感器是把被测量转换成电感量的变化，磁电式传感器通过检测磁场的变化测量被测量。;7.1.1 工作原理和结构类型; 磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈与磁场的相对运动速度有关，故若改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。 根据以上原理有两种磁电感应式传感器： 恒磁通式：磁路系统恒定磁场，运动部件可以是线圈也可以是磁铁。 变磁通式：线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化。 ;1.恒磁通式;下图所示为动圈式磁电感应式传感器的结构原理图。当线圈在垂直于磁场方向作直线运动或旋转运动时，若以线圈相对磁场运动的速度v或角速度ω表示，则所产生的感应电动势e为 ;式中l——每匝线圈的平均长度； B——线圈所在磁场的磁感应强度； S——每匝线圈的平均截面积 。 ; 在传感器中当结构参数确定后，B、l、N、S均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量位移或加速度。但由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。;2变磁通式; 图为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速n与测量齿轮上齿数z的乘积。由频率计测得f，即可求得转速n。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。 ; 图为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮5和外齿轮6、永久磁铁1和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。 当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。 显然， 感应电势的频率与被测转速成正比。 ;7.1.4 信号调理电路 为便于各级阻抗匹配，将积分电路和微分电路置于两极放大器之间。 直接输出电动势测量速度； 接入积分电路测量位移； 接入微分电路测量加速度。 ;7.1.5磁电式传感器的应用举例; 磁电式扭距传感器： 当扭距作用在转轴上时，两个磁电传感器输出的感应电压u1、u2存在相位差，相差与扭距的扭转角成正比，传感器可以将扭距引起的扭转角转换成相位差的电信号。;例子1：某磁电传感器的总刚度为3200N/m，测得其固有频率为20Hz。若欲使其固有频率降低为为10Hz，则其刚度应该为多大？;1878年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应，因为太弱没有得到应用。随着半导体技术的发展，人们发现半导体材料的霍尔效应非常明显，并且体积小有利于集成化。霍尔传感器是基于霍尔效应。 霍尔传感器是目前国内外应用最广的一种磁电式传感器，利用霍尔效应实现磁电转换，可以检测微位移、转速、流量、角度，也可以制作高斯计、电流表、功率计、乘法器、接近开关和无刷直流电机等;1 霍尔效应 半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。 ;磁感应强度B 较大时的情况;霍尔效应演示;磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 ;工作原理;霍耳电势UH与 I、B的乘积成正比，而与d 成反比。;定义 KH=RH / d ;讨论： 任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可 以制造霍尔元件; 绝缘材料电阻率ρ很大，电子迁移率μ很小，不适用； 金属材料电子浓度n很高，RH很小，UH很小; 半导体材料电阻率ρ较大 RH大，非常适于做霍尔元件，半导体中电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用 N