第五章 节 磁电式传感器 《传感器（第5版）》课件.pptxVIP

普通高等教育“十一五”国家级规划教材传 感 器（第5版）普通高等教育“十一五”国家级规划教材第五章 磁电式传感器 第一节 磁电感应式传感器 第二节 霍尔式传感器 第三节 磁致伸缩式传感器 第四节 磁栅式传感器 目录.pptx返回主目录第五章 磁电式传感器 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。第一节 磁电感应式传感器一、类型及其工作原理与运动速度v成正比的感应电动势e为式中，B——工作气隙磁感应强度； N0——线圈处于工作气隙磁场中的匝数，称为工作匝数； l——每匝线圈的平均长度。a) 动圈式b) 动铁式图5-1 恒定磁通磁电感应式传感器结构原理图1-金属骨架 2-弹簧 3-线圈 4-永久磁铁 5-壳体第一节 磁电感应式传感器由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这种传感器的灵敏度（e／v）是随振动频率变化；当振动频率远大于固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化，而近似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大，传感器灵敏度随振动频率增加而下降。a) 开磁路b) 闭磁路图5-2 变磁通磁电感应式传感器结构原理图1-被测旋转体 2-测量轮 3-线圈 4-软铁 5-永久磁铁第一节 磁电感应式传感器(二) 变磁通式磁电感应式传感器只适用于动态测量，可直接测量振动物体的速度或旋转体的角速度。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。34562A向A1ω图5-4 磁电感应式扭矩仪结构示意图1－弹性轴2－线圈和线圈架3－壳体4－内齿轮5－永久磁铁6－外齿轮第一节 磁电感应式传感器第五章 磁电式传感器第二节 霍尔式传感器一、工作原理与特性(一) 霍尔效应金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流与磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电动势UH 式中，RH—霍尔系数，RH = 1/ (ne)，由载流材料物理性质所决定； kH—灵敏度系数，kH = RH /d，它与载流材料的物理性质和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电势的大小。图5-5 霍尔效应原理图第二节 霍尔式传感器如果磁场和薄片法线有α角，那么 a) 外形b) 结构c) 符号d) 基本电路图5-6 霍尔元件第二节 霍尔式传感器(二) 霍尔元件 a) b) c)图5-7 霍尔元件的电磁特性曲线第二节 霍尔式传感器(三) 霍尔元件的电磁特性霍尔元件的电磁特性包括控制电流（直流或交流）与霍尔输出电势之间的关系，即UH –I特性；霍尔输出与磁场（恒定或交变）之间的关系，即UH –B特性；元件的输入或输出电阻与磁场之间的关系，即R –B特性。 a) 两电极点不在同一等位面上b) 等位面歪斜图5-8 不等位电动势产生示意图第二节 霍尔式传感器二、霍尔元件的误差及其补偿(一) 霍尔元件的零位误差及其补偿霍尔元件的零位误差主要包括不等位电动势、寄生直流电动势等。1. 不等位电动势Uo及其补偿a) 霍尔元件等效电路b) 几种不等位电动势的补偿电路图5-9 霍尔元件等效电路和不等位电动势补偿电路第二节 霍尔式传感器第二节 霍尔式传感器2．寄生直流电动势当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量，称为寄生直流电动势。该电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而形成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不同引起温差所产生的。它随时间而变化，导致输出漂移。因此在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散热均匀，有良好的散热条件。另外，霍尔电极和激励电极的引线布置不合理，会产生零位误差，也需予以注意。图5-10 采用恒流源及输入并联电阻的温度补偿电路第二节 霍尔式传感器(二) 霍尔元件的温度误差及其补偿1. 采用恒流源供电和输入回路并联电阻温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在稳压源供电时，使控制电流变化，带来误差。通常βα，则第二节 霍尔式传感器2．合理选取负载电阻RL的阻值霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电动势UH都是温度的函数（设为正温度系数），当霍尔元件接有负载RL （如放大器的输入电阻）时，在RL上的电压为式中，Ro0——温度为t0时的霍尔元件输出电阻。其他符号含义同上。为使负载上的电压不随温度而变化，应使dUL/d(t-t0) = 0，即得a) 输入回路串接热敏电阻b) 输入回路并接电阻丝c) 输出端串接热敏电阻d) 输入端并接热敏电阻图5-11 采用热敏元件的温度误差补偿电路第二节 霍尔式传感器3．采用恒压源和输入回