检测与转换技术第8章1.ppt

磁是人们所熟悉的一种物理现象，中国人早在一千多年前就发明了指南针，可用于指示地球磁场的方向，因此磁传感器具有古老的历史。但指南针却无法指示出磁场的强弱。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。 霍尔效应演示 UH = KH I B 霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B的乘积。KH称为霍尔元件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电压大小的重要参数。 当控制电流方向或磁场方向改变时，输出电动势方向也将改变。但当电流和磁场方向同时改变时，霍尔电动势方向不变。 一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。 目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、等半导体材料。理想的材料是砷化钾(GaAs)的霍尔系数大，电子迁移率高，温度系数也较小，输出特性线性度好。 在磁场作用下，负载上就有电压输出。在实际使用时，以I或B，或两者同时作为输入信号输入，而输出信号则正比于I或B，或两者的乘积。 当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。由于建立霍尔效应的时间很短，（约10-12～ 10-14ｓ之间）因此控制电流用交流时，频率可以很高（几千兆赫）。 出去活动一下 霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使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隔直、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，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。 霍尔高斯计（特斯拉计）的使用 霍尔元件 霍尔式接近开关用于转速测量演示 开关型霍尔IC 开关型霍尔集成电路 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。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。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。 开关型霍尔集成电路的外形及内部电路 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。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。 霍尔电流传感器 将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。 霍尔电流传感器演示 铁心 霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔元件 霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件 霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。 霍尔式无触点汽车电子点火装置 采用霍尔式无触点电子点火装置能较好地克服汽车合金触点点火时间不准确、触点易烧坏、高速时动力不足等缺点。 霍尔式无刷电动机 霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨损等问题，所以它在录像机、CD唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。 无刷电动机在电动自行车上的应用 电动自行车 无刷电动机在电动自行车上的应用 无刷直流电动机的外转子采用高性能钕硼稀土永磁材料；三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信号，控制逆变桥各功率管通断，使三相内定子线圈与外转子之间产生连续转矩，具有效率高、无火花、可靠性强等特点。 电动自行车的无刷电动机及控制电路 霍尔钳形电流表（交直流两用） 霍尔式电流谐波分析仪 被测电流的谐波频谱 作业P224︰1 休 息 一 下 普通直流电动机使用的电刷和换向器 可充电电池组 无刷电动机 去速度控制器 利用PWM调速 自身补偿法