第1章_磁电式传感器 29.pptVIP

要点： 1.掌握传感器工作原理及特性； 2.掌握测量误差及补偿（霍尔元件）； 3.掌握传感器的应用； 磁敏传感器分类 第1章 磁电式传感器 1.1磁电感应式传感器 1.2 霍尔式传感器 霍尔材料选择 几种霍尔元件补偿电路 习题 已知霍尔传感器的灵敏度系数， 输入电阻Ri=2000Ω，输出电阻Ro=3000Ω ，采用恒压源供电，恒压源电压为5V，不考虑恒压源的输出电阻，当霍尔元件置于B=0.4T的磁场中时，如输出接负载电阻RL=27000Ω，求负载上的电压。 解：分析霍尔元件上流过的电流 霍尔电势为 负载电阻上的电压为 Z轴方向； X-Y轴方向 霍尔流量计：转速计的拓宽 霍尔传感器用于无损探伤 霍尔元件检测缆车线路 等效模型： UH IH Ri Ro 4. 霍尔元件不等位电势补偿 不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级, 有时甚至超过霍尔电势, 而实用中要消除不等位电势是极其困难的, 因而必须采用补偿的方法。 制作工艺上保证电极对称、欧姆接触 （接触电阻小） 采用分析电阻的方法来找到不等位电势的补偿方法。 如图7-11所示：A、B为激励电极, C、D为霍尔电极, r1、r2、r3、r4表示极分布电阻。理想情况下, r1=r2=r3=r4, 即零位电势为零(或零位电阻为零)。 亦可将四个不等位电阻视为电桥的四个桥臂, 此时电桥不平衡。为使其达到平衡，可在阻值较大的桥臂上并联电阻（如图 (a)所示）, 或在两个桥臂上同时并联电阻，考虑了温度补偿，并避免阻值不匹配问题（如图7-11(b)所示）。 11 5. 霍尔元件温度补偿 霍尔元件是采用半导体材料制成, 具有较大的温度系数。当温度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生变化, 从而使霍尔元件产生温度误差。 由UH=KHIB可看出，有以下补偿办法： ⑴选用温度系数小的元件 ⑵采用恒温措施 ⑶采用恒流源供电： 减小由输入电阻随温度变化而引起的激励电流I变化的影响。 ⑷霍尔元件的灵敏系数KH的影响： KH是温度的函数, 随温度的变化引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成： KH=KH0（1+αΔT） （7 - 20） 式中: KH0 ——温度T0时的KH值;   ΔT =T－T0 ——温度变化量;  α ——霍尔电势温度系数。 大多数霍尔元件的温度系数α是正值, 霍尔电势随温度升高而增加（1+αΔT）倍。若使激励电流I相应地减小, 保持KHI乘积不变, 可抵消灵敏系数KH增加的影响。 图7-12就是按此思路设计的补偿电路：恒流源＋输入回路并联电阻 。 原理：分流电阻Rp与霍尔元件的激励电极相并联。当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时, 旁路分流电阻Rp加强分流, 减少了霍尔元件的激励电流I, 从而达到补偿的目的。  在下图所示的温度补偿电路中, 设： 初始温度为T0； 霍尔元件输入电阻为Ri0； 灵敏系数为KH0； 分流电阻为Rp0； 于是得： （7 - 21） 当温度升至T时, 电路中各参数变为: IP RP IS UH 图7-12 恒流温度补偿电路 IH Ri =Ri0（1+δΔT） （7 - 22） Rp =Rp0（1+βΔT） （7 -23） 式中: δ——霍尔元件输入电阻温度系数;  β——分流电阻温度系数。 则: 温度升高ΔT, 为使霍尔电势不变, 补偿电路必须满足温升前后的霍尔电势不变, 即：UH0=UH ，则： KH0IH0B=KHIHB （7 - 25） 于是： KH0IH0=KH IH （7 - 26） （7 - 24） IP RP IS UH 恒流温度补偿电路 IH IH用Rpo和Rio来表示，再与IHO比较 式(7-20)、(7-21)、(7-24)代入上式，整理并略去αβ (ΔT)2高次项，得 结论： 当霍尔元件选定后, 它的输入电阻Ri0和温度系数δ及霍尔电势温度系数α是确定值。 由式（7