1、7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器第第7章章 磁敏式傳感器磁敏式傳感器 磁電感應(yīng)式傳感器有時(shí)又簡(jiǎn)稱(chēng)為磁電感應(yīng)式傳感器有時(shí)又簡(jiǎn)稱(chēng)為磁電傳感器磁電傳感器，是利用，是利用電磁電磁感應(yīng)原理感應(yīng)原理將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。號(hào)的一種傳感器。 它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。量的電信號(hào)，是有源傳感器。 由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（1010

2、00Hz），適用于轉(zhuǎn)速，振動(dòng)，位移及扭矩等測(cè)量，），適用于轉(zhuǎn)速，振動(dòng)，位移及扭矩等測(cè)量，所以得到普遍應(yīng)用。所以得到普遍應(yīng)用。 一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理 1電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律 根據(jù)電磁感應(yīng)定律：無(wú)論任何原因使通過(guò)回路面積的磁通量根據(jù)電磁感應(yīng)定律：無(wú)論任何原因使通過(guò)回路面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量對(duì)時(shí)間的變產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量對(duì)時(shí)間的變化率成正比化率成正比。N N匝線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變?cè)丫€圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)化時(shí)，線圈中所產(chǎn)生的感

3、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E E(V)(V)的大小取決于穿過(guò)線的大小取決于穿過(guò)線圈的磁通圈的磁通 的變化率，即的變化率，即 ddENtWb2022-6-264一、工作原理法拉第電法拉第電磁磁感應(yīng)定律：感應(yīng)定律：dtdNedtd磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)磁路中的磁阻變化磁路中的磁阻變化恒定磁場(chǎng)中的線圈面積變化恒定磁場(chǎng)中的線圈面積變化磁通量磁通量變化關(guān)鍵變化關(guān)鍵2022-6-265磁電式傳感器磁電式傳感器磁電式傳感器：磁電式傳感器：利用，測(cè)量量變化利用，測(cè)量量變化 感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓edtd電感式傳感器：電感式傳感器：利用銜鐵運(yùn)動(dòng)，利用銜鐵運(yùn)動(dòng)，Rm變化變化L 或或M變化變化U 變化變化注意與注

4、意與電感式傳感器電感式傳感器區(qū)別區(qū)別一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理 2電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（1）線圈在恒定磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)）線圈在恒定磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng) 線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為：為： 當(dāng)當(dāng)90時(shí)，上式可寫(xiě)成：時(shí)，上式可寫(xiě)成：ENBL sin ENBL BSSLxddxBLdtdt（2）線圈在恒定磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）線圈在恒定磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 當(dāng)當(dāng)90時(shí)，上式可寫(xiě)成：時(shí)，上式可寫(xiě)成： 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角速度；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角速度；S線圈的截面積；線圈的截面積； 線圈平面的法線方向與磁場(chǎng)方向間的夾角。線

5、圈平面的法線方向與磁場(chǎng)方向間的夾角。 由于速度和位移、加速度之間是積分、微分的關(guān)系，因由于速度和位移、加速度之間是積分、微分的關(guān)系，因此只要適當(dāng)加入積分、微分電路，便能通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電此只要適當(dāng)加入積分、微分電路，便能通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)得到位移和加速度。動(dòng)勢(shì)得到位移和加速度。ENBS sin ENBS 磁磁電電感感應(yīng)應(yīng)式式動(dòng)圈式動(dòng)圈式開(kāi)磁路開(kāi)磁路線速度型線速度型角速度型角速度型動(dòng)鐵式動(dòng)鐵式恒恒磁磁通通變變磁磁通通閉磁路閉磁路二、磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)二、磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu) 工作氣隙中的磁通保持不變，而線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由工作氣隙中的磁通保持不變，而線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于于工作氣隙中的線圈

6、與磁鐵之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力工作氣隙中的線圈與磁鐵之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生線產(chǎn)生的。其值與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。的。其值與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。 1恒磁通式磁電傳感器恒磁通式磁電傳感器（a）動(dòng)圈式； （b）動(dòng)鐵式恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)二、磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)二、磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu) 當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí), , 由于彈簧較軟由于彈簧較軟, , 運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大。當(dāng)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大。當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高（遠(yuǎn)大于傳感器振動(dòng)頻率足夠高（遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率）固有頻率）時(shí)時(shí), , 運(yùn)動(dòng)部件慣性很大運(yùn)動(dòng)部件慣性很大, , 來(lái)不及隨振動(dòng)體一起來(lái)不及隨振

7、動(dòng)體一起振動(dòng)振動(dòng), , 近乎靜止不動(dòng)近乎靜止不動(dòng), , 振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收, , 永久永久磁鐵與線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度磁鐵與線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度, , 磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線, , 從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)為從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)為 式中式中: : B B0 0 工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度; ; L L 每匝線圈平均長(zhǎng)度每匝線圈平均長(zhǎng)度; ; N N 線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù); ; v v 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。 0ENB Lv 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈相對(duì)磁鐵運(yùn)

8、動(dòng)線速度或角速度正比感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈相對(duì)磁鐵運(yùn)動(dòng)線速度或角速度正比 線速度型應(yīng)用實(shí)例線速度型應(yīng)用實(shí)例工業(yè)測(cè)振動(dòng)microphone測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)角速度型應(yīng)用實(shí)例二、磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)二、磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu) 2變磁通式磁電傳感器變磁通式磁電傳感器 這類(lèi)磁電式傳感器中，產(chǎn)生磁場(chǎng)的永久磁鐵和線圈這類(lèi)磁電式傳感器中，產(chǎn)生磁場(chǎng)的永久磁鐵和線圈都固定不動(dòng)，而是都固定不動(dòng)，而是通過(guò)磁通的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)磁通的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其中：其中：1- 1-永久磁鐵永久磁鐵 2- 2-軟磁鐵軟磁鐵 3- 3-感應(yīng)線圈感應(yīng)線圈 4- 4-測(cè)量齒輪測(cè)量齒輪 5- 5-內(nèi)齒輪內(nèi)齒輪 6- 6-外齒輪外齒輪

9、 7- 7-轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸4321N Sa開(kāi)磁通式開(kāi)磁通式b閉磁通式閉磁通式 圖圖a a為為開(kāi)磁路開(kāi)磁路變磁通式變磁通式: : 線圈、線圈、 磁鐵靜止不動(dòng)磁鐵靜止不動(dòng), , 測(cè)量測(cè)量齒輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上齒輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上, , 隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒, , 齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次, , 磁通也就變化一次磁通也就變化一次, , 線線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì), ,其變化頻率等于被測(cè)轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪齒其變化頻率等于被測(cè)轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪齒數(shù)的乘積數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, , 但輸出信號(hào)較小但輸出信號(hào)較小, ,

10、 且因且因高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速。60Zfn 4321N S15 開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)小，另外開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)小，另外當(dāng)被測(cè)軸振動(dòng)比較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。在振動(dòng)強(qiáng)當(dāng)被測(cè)軸振動(dòng)比較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。在振動(dòng)強(qiáng)的場(chǎng)合往往采用閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器。的場(chǎng)合往往采用閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器。 圖圖b b為為閉磁路閉磁路變磁通式變磁通式, , 它由裝在轉(zhuǎn)軸上的它由裝在轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和外齒內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成組成, , 內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。

11、 當(dāng)轉(zhuǎn)軸當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上時(shí)連接到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上時(shí), , 外齒輪不動(dòng)外齒輪不動(dòng), , 內(nèi)齒輪隨被測(cè)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)齒輪隨被測(cè)軸而轉(zhuǎn)動(dòng), , 內(nèi)、外齒輪的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化內(nèi)、外齒輪的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化, , 從而引從而引起磁路中磁通的變化起磁路中磁通的變化, ,使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感生電動(dòng)勢(shì)。使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感生電動(dòng)勢(shì)。顯然，顯然，感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。 三、磁電感應(yīng)式傳感器的特性三、磁電感應(yīng)式傳感器的特性 1磁電式傳感器的基本特性磁電式傳感器的基本特性（1）電流輸出特性）電流輸出特性 磁電傳感器的輸出電流磁電傳感器的輸

12、出電流Io為：為： 傳感器的電流靈敏度為：傳感器的電流靈敏度為：00EIffNB LRRRR0ISfNB LIvRR式中：式中： Rf測(cè)量電路輸入電阻；測(cè)量電路輸入電阻； R線圈等效電阻。線圈等效電阻。 三、磁電感應(yīng)式傳感器的特性三、磁電感應(yīng)式傳感器的特性 （2）電壓輸出特性）電壓輸出特性 傳感器的輸出電壓為：傳感器的輸出電壓為： 傳感器的電壓靈敏度為：傳感器的電壓靈敏度為：B值大，靈敏度也大，因此要選用值大，靈敏度也大，因此要選用B值大的永磁材料；值大的永磁材料；000fffNB LvRUI RRR00fUfNB LRUSvRR三、磁電感應(yīng)式傳感器的特性三、磁電感應(yīng)式傳感器的特性 00fUf

13、NB LRUSvRR 線圈的平均長(zhǎng)度大也有助于提高靈敏度，但這是有條線圈的平均長(zhǎng)度大也有助于提高靈敏度，但這是有條件的，要考慮兩種情況：件的，要考慮兩種情況：線圈電阻與指示器電阻匹配問(wèn)題線圈電阻與指示器電阻匹配問(wèn)題因傳感器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，為使指示器從傳感器獲因傳感器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，為使指示器從傳感器獲得最大功率，必須使線圈的電阻等于指示器的電阻。得最大功率，必須使線圈的電阻等于指示器的電阻。線圈的發(fā)熱問(wèn)題線圈的發(fā)熱問(wèn)題傳感器線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，接上負(fù)載后，線圈中有傳感器線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，接上負(fù)載后，線圈中有電流流過(guò)而發(fā)熱。電流流過(guò)而發(fā)熱。0ISfNB LIvRR測(cè)量誤差測(cè)量誤差 當(dāng)傳感器

14、的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場(chǎng)干擾、當(dāng)傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場(chǎng)干擾、受到機(jī)械振動(dòng)或沖擊時(shí)，其靈敏度將發(fā)生變化，從而受到機(jī)械振動(dòng)或沖擊時(shí)，其靈敏度將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差，其相對(duì)誤差為產(chǎn)生測(cè)量誤差，其相對(duì)誤差為RdRldlBdBSdSII0ISfNB LIvRR非線性誤差非線性誤差 主要原因：主要原因：當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，傳感器線圈會(huì)傳感器線圈會(huì)有電流流過(guò)，這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生一定的交變磁通有電流流過(guò)，這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生一定的交變磁通，此交變磁，此交變磁通會(huì)疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器工作磁通上，導(dǎo)致氣隙通會(huì)疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器工作磁通上，導(dǎo)致氣

15、隙磁通變化。磁通變化。非線性誤差非線性誤差 這種影響分為兩種情況這種影響分為兩種情況 ： 附加磁場(chǎng)與原工作磁場(chǎng)相同或者相反。附加磁場(chǎng)與原工作磁場(chǎng)相同或者相反。I和和同相同相時(shí)靈敏度時(shí)靈敏度增大增大。I和和反相反相時(shí)靈敏度時(shí)靈敏度減小減小。靈敏度越大，電流越大，非線性越嚴(yán)重。靈敏度越大，電流越大，非線性越嚴(yán)重。解決非線性誤差的方法：解決非線性誤差的方法：加入加入補(bǔ)償線圈補(bǔ)償線圈，通一定的，通一定的電流，使其產(chǎn)生的交變補(bǔ)電流，使其產(chǎn)生的交變補(bǔ)償磁通可以與償磁通可以與 傳感器線傳感器線圈本身產(chǎn)生的交變附加磁圈本身產(chǎn)生的交變附加磁通相互抵消，從而達(dá)到補(bǔ)通相互抵消，從而達(dá)到補(bǔ)償目的。償目的。溫度誤差溫度

16、誤差 磁電式傳感器的各種干擾影響中，通常溫度干擾比較磁電式傳感器的各種干擾影響中，通常溫度干擾比較嚴(yán)重。嚴(yán)重。 考慮考慮傳感器線圈溫度影響，指示器線圈溫度影響，電傳感器線圈溫度影響，指示器線圈溫度影響，電阻溫度影響阻溫度影響，當(dāng)溫度增加時(shí)，則通過(guò)的電流可以表示為：，當(dāng)溫度增加時(shí)，則通過(guò)的電流可以表示為：011122(1)(1)(1)(1)EtIRtRtRt 000100%III 溫度誤差數(shù)值為：溫度誤差數(shù)值為：溫度誤差溫度誤差 可見(jiàn)，由于溫度升高使得可見(jiàn)，由于溫度升高使得E減小，而減小，而R和和Rf增加，所以增加，所以溫度誤差補(bǔ)償辦法溫度誤差補(bǔ)償辦法：在結(jié)構(gòu)允許的情況下，在傳感器的在結(jié)構(gòu)允許的

17、情況下，在傳感器的磁鐵下設(shè)置磁鐵下設(shè)置熱磁分路熱磁分路，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 000100%III 00II 溫度誤差溫度誤差 熱磁分流器熱磁分流器 用磁分路片搭裝在磁系統(tǒng)的兩極靴上，把氣隙中的用磁分路片搭裝在磁系統(tǒng)的兩極靴上，把氣隙中的磁通分出一部分。磁分路片由很大磁通分出一部分。磁分路片由很大負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)的特殊磁的特殊磁性材料做成性材料做成。正常溫度下，分路掉一部分磁通；溫度升。正常溫度下，分路掉一部分磁通；溫度升高時(shí)，磁導(dǎo)率明顯下降，分路掉更少一部分磁通高時(shí)，磁導(dǎo)率明顯下降，分路掉更少一部分磁通，從而，從而保證氣隙的工作磁通不隨溫度變化，起到溫度補(bǔ)償作用，保證氣隙的工作

18、磁通不隨溫度變化，起到溫度補(bǔ)償作用，維持傳感器的靈敏度為常數(shù)不變。維持傳感器的靈敏度為常數(shù)不變。動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 ,nnBBB（1） 被測(cè)振動(dòng)頻率時(shí)，（2） 被測(cè)振動(dòng)頻率時(shí)，常數(shù)， 傳感器的輸出電壓與振動(dòng)速度成正比， 即為傳感器的理想工作頻段（3） 被測(cè)振動(dòng)頻率 過(guò)大，線圈阻抗增加，隨著2磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路磁電式傳感器測(cè)量電路方框圖磁電式傳感器測(cè)量電路方框圖 磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢(shì)磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢(shì), , 且傳感器通常具有較高且傳感器通常具有較高的靈敏度的靈敏度, , 所以一般所以一般不需要高增益放大器不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是。但磁

19、電式傳感器是速度速度傳感器傳感器, , 若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào)若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào), , 則需要配用積則需要配用積分或微分電路。分或微分電路。速度速度位移位移加速度加速度1磁電感應(yīng)式振動(dòng)速度傳感器磁電感應(yīng)式振動(dòng)速度傳感器00II 三、磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用三、磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用 工作時(shí)工作時(shí), , 傳感器與被測(cè)物體剛性連接傳感器與被測(cè)物體剛性連接, , 當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)當(dāng)物體振動(dòng)時(shí), , 傳感器傳感器外殼和永久磁鐵隨之振動(dòng)外殼和永久磁鐵隨之振動(dòng), , 而架空的芯軸、線圈和阻尼環(huán)因慣性而不而架空的芯軸、線圈和阻尼環(huán)因慣性而不隨之振動(dòng)。隨之振動(dòng)。 因而因而, , 磁路空氣隙中的線圈切

20、割磁力線而產(chǎn)生正比于振動(dòng)磁路空氣隙中的線圈切割磁力線而產(chǎn)生正比于振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)速度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), , 線圈的輸出通過(guò)引線輸出到測(cè)量電路。線圈的輸出通過(guò)引線輸出到測(cè)量電路。 該傳感器該傳感器測(cè)量的是振動(dòng)速度參數(shù)測(cè)量的是振動(dòng)速度參數(shù), , 若在測(cè)量電路中接入積分電路若在測(cè)量電路中接入積分電路, , 則輸出電勢(shì)則輸出電勢(shì)與位移成正比與位移成正比; ; 若在測(cè)量電路中接入微分電路若在測(cè)量電路中接入微分電路, , 則其輸出與加速度成則其輸出與加速度成正比。正比。2磁電感應(yīng)式扭矩傳感器磁電感應(yīng)式扭矩傳感器 傳感器的檢測(cè)元件部分由傳感器的檢測(cè)元件部分由永久磁鐵、感應(yīng)線圈和鐵芯永久磁鐵、感應(yīng)線圈和鐵芯組

21、組成。永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線與齒形圓盤(pán)交鏈。當(dāng)齒形圓成。永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線與齒形圓盤(pán)交鏈。當(dāng)齒形圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤(pán)齒凸凹引起磁路氣隙的變化，于是磁通盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤(pán)齒凸凹引起磁路氣隙的變化，于是磁通量也發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)出交流電壓，其頻率等于量也發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)出交流電壓，其頻率等于圓盤(pán)上齒數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)乘積。圓盤(pán)上齒數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)乘積。2磁電感應(yīng)式扭矩傳感器磁電感應(yīng)式扭矩傳感器 在驅(qū)動(dòng)源和負(fù)載之間的扭轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)安裝有齒形圓盤(pán)在驅(qū)動(dòng)源和負(fù)載之間的扭轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)安裝有齒形圓盤(pán), , 它們旁邊裝有相應(yīng)的兩個(gè)磁電傳感器。它們旁邊裝有相應(yīng)的兩個(gè)磁電傳感器。33 當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為當(dāng)

22、轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。當(dāng)被測(cè)軸感受扭矩時(shí)，軸的兩端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，因此零。當(dāng)被測(cè)軸感受扭矩時(shí)，軸的兩端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，因此兩個(gè)傳感器輸出的兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將因扭矩而有附加相兩個(gè)傳感器輸出的兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將因扭矩而有附加相位差位差 。扭轉(zhuǎn)角。扭轉(zhuǎn)角 與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位差與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位差 的關(guān)系為的關(guān)系為式中：式中：z z為傳感器定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。為傳感器定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。0z03. 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量測(cè)量導(dǎo)電液體的流量 基本原理基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律：法拉第電磁感應(yīng)定律：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)

23、勢(shì)。 電磁流量計(jì)測(cè)量原理電磁流量計(jì)測(cè)量原理導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì) BDE 4/2Dqv液體的體積流量液體的體積流量 24/vqD2(4/)vEDBDq式中式中, K為儀表常數(shù)，為儀表常數(shù)，K= 4B/D 在管道直徑確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的條件下，在管道直徑確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的條件下，體積流量體積流量與電磁感應(yīng)電勢(shì)有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系與電磁感應(yīng)電勢(shì)有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，而與流體密度、，而與流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率無(wú)關(guān)。粘度、溫

24、度、壓力和電導(dǎo)率無(wú)關(guān)。vqKE 電磁流量計(jì)流量傳感器轉(zhuǎn)換器電磁流量計(jì)流量傳感器轉(zhuǎn)換器第二節(jié)第二節(jié) 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾傳感器是基于霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)的一種傳感器。的一種傳感器。1879年美國(guó)物年美國(guó)物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但由于金理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒(méi)有得到應(yīng)用。屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒(méi)有得到應(yīng)用。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。 霍爾傳感器廣泛用于霍

25、爾傳感器廣泛用于電磁測(cè)量、壓力、加速度、振動(dòng)等電磁測(cè)量、壓力、加速度、振動(dòng)等方方面的測(cè)量。面的測(cè)量。391 1霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流于薄片，當(dāng)有電流I I 流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E EH H，這種現(xiàn)象稱(chēng)為，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B為零時(shí)的情況為零時(shí)的情況A AB BC CD D一、霍爾效應(yīng)及其參數(shù)一、霍爾效應(yīng)及其參數(shù) 霍耳效應(yīng)與霍耳元件霍耳效應(yīng)與霍耳元件霍爾效應(yīng)演示霍爾

26、效應(yīng)演示 當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片偏移，在半導(dǎo)體薄片A A、B B方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。A AB BC CD D42 作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。 當(dāng)有圖示方向磁場(chǎng)當(dāng)有圖示方向磁場(chǎng)B B作用時(shí)作用時(shí) 如圖所示如圖所示, , 在垂直于外磁場(chǎng)在垂直于外磁場(chǎng)B B的方向上放置一導(dǎo)電板的方向上放置一導(dǎo)電板, , 導(dǎo)電板通以電流導(dǎo)電板通以電流I, I, 方向如圖所示。導(dǎo)電板中的電流是金屬方向如

27、圖所示。導(dǎo)電板中的電流是金屬中自由電子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)中自由電子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。此時(shí), , 每個(gè)電子受每個(gè)電子受洛侖磁力洛侖磁力f fm m的作用，的作用，f fm m大小為大小為 f fm m =Bev =Bev ee電子電荷電子電荷; ; vv電子運(yùn)動(dòng)平均速度電子運(yùn)動(dòng)平均速度; ; BB磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。LbdBIHEIHUxyz f fm m的方向在圖中是向上的的方向在圖中是向上的, , 此時(shí)電子除了沿電流此時(shí)電子除了沿電流反方向作定向運(yùn)動(dòng)外反方向作定向運(yùn)動(dòng)外, , 還在還在f fm m的作用下向上漂移的作用下向上漂移, , 結(jié)結(jié)果使金屬導(dǎo)電板上底面

28、積累電子果使金屬導(dǎo)電板上底面積累電子, , 而下底面積累正電而下底面積累正電荷荷, , 從而形成了附加內(nèi)電場(chǎng)從而形成了附加內(nèi)電場(chǎng) E EH H, , 稱(chēng)霍爾電場(chǎng)稱(chēng)霍爾電場(chǎng), , 該電場(chǎng)該電場(chǎng)強(qiáng)度為強(qiáng)度為 bUEHH式中式中U UH H為電位差。為電位差。 霍爾電場(chǎng)的出現(xiàn)霍爾電場(chǎng)的出現(xiàn), , 使定向運(yùn)動(dòng)的電子除了受洛侖磁力作使定向運(yùn)動(dòng)的電子除了受洛侖磁力作用外用外, , 還受到霍爾電場(chǎng)的作用力還受到霍爾電場(chǎng)的作用力, , 其大小為其大小為 此力阻止電荷繼續(xù)積累。此力阻止電荷繼續(xù)積累。 隨著上、下底面積累電荷的隨著上、下底面積累電荷的增加增加, , 霍爾電場(chǎng)增加霍爾電場(chǎng)增加, , 電子受到的電場(chǎng)力

29、也增加電子受到的電場(chǎng)力也增加, , 當(dāng)電子所當(dāng)電子所受洛侖磁力與霍爾電場(chǎng)作用力大小相等、方向相反受洛侖磁力與霍爾電場(chǎng)作用力大小相等、方向相反時(shí)時(shí), , 即即 此時(shí)電荷不再向兩底面積累此時(shí)電荷不再向兩底面積累, , 達(dá)到平衡狀態(tài)。達(dá)到平衡狀態(tài)。 EHFeEHHevBeEvBE即若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為n, n, 電子定向運(yùn)動(dòng)平均速電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度為度為v, v, 則激勵(lì)電流則激勵(lì)電流 則則 Ivbdne HIBEbdne HIBUned 式中令式中令R RH H =1/ =1/（nene）, , 稱(chēng)之為霍爾常數(shù)稱(chēng)之為霍爾常數(shù), , 其大小取決其大小取決于導(dǎo)

30、體載流子密度，則于導(dǎo)體載流子密度，則中中K KH H=R=RH H/d/d稱(chēng)為霍爾片的靈敏度稱(chēng)為霍爾片的靈敏度?？梢?jiàn)?？梢?jiàn), , 霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度流及磁感應(yīng)強(qiáng)度, ,其靈敏度與霍爾常數(shù)其靈敏度與霍爾常數(shù)R RH H成正比而與霍爾片厚成正比而與霍爾片厚度度d d成反比。成反比。IBKdIBRUHHHInebvd 若所加磁場(chǎng)與導(dǎo)電板表面垂直方向的夾角為若所加磁場(chǎng)與導(dǎo)電板表面垂直方向的夾角為 ， 霍爾電勢(shì)霍爾電勢(shì)（U UH H）為：為：顯然，改變顯然，改變I I或或B B，即可改變即可改變U UH H。U UH H = k= kH HIBcosIBcos 對(duì)于對(duì)

31、于N N型材料，多數(shù)載流子為電子，型材料，多數(shù)載流子為電子，I I與與V V反向：反向：對(duì)于對(duì)于P P型材料，多數(shù)載流子為空穴，型材料，多數(shù)載流子為空穴，I I與與V V同向：同向：1HKned 1HKned2022-6-26傳感器原理與應(yīng)用48 bBflfElIdEH激勵(lì)極間電阻：lRbdUElvlvlRIIInevbd同時(shí)：電子遷移率：電子遷移率：=v/E所以：llbdnebdHUBbUvBbEbBl2022-6-26傳感器原理與應(yīng)用49 bBflfElIdEH1HRne要求霍爾材料有要求霍爾材料有較大較大的電阻率和的電阻率和載流子遷移率載流子遷移率 可見(jiàn)，霍爾電動(dòng)勢(shì)除了正比于可見(jiàn)，霍爾電

32、動(dòng)勢(shì)除了正比于激勵(lì)電流、電壓及激勵(lì)電流、電壓及B外，與材料的外，與材料的遷移率及器件的寬度遷移率及器件的寬度b成正比，與成正比，與器件長(zhǎng)度器件長(zhǎng)度l成反比。其靈敏度與霍爾成反比。其靈敏度與霍爾系數(shù)系數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度成正比而與霍爾片厚度d成成反比。反比?；魻柍?shù)霍爾常數(shù) 的意義的意義:霍爾電勢(shì)霍爾電勢(shì)UH的大小正比于激勵(lì)電流的大小正比于激勵(lì)電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積。的乘積?；魻栐撵`敏度霍爾元件的靈敏度KH是表征在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制是表征在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)輸出霍爾電壓大小的重要參數(shù)。電流時(shí)輸出霍爾電壓大小的重要參數(shù)。霍爾元件的靈敏度霍爾元件的靈敏度K

33、H與霍爾常數(shù)與霍爾常數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度成正比而與霍爾片厚度d成反比。所以，成反比。所以，為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。狀。當(dāng)控制電流方向或磁場(chǎng)方向改變時(shí)，輸出電動(dòng)勢(shì)方向也將當(dāng)控制電流方向或磁場(chǎng)方向改變時(shí)，輸出電動(dòng)勢(shì)方向也將改變。改變。 一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很?。灰话憬饘俨牧陷d流子遷移率很高，但電阻率很??； 而絕緣材料電阻率極高，但載流子遷移率極低。而絕緣材料電阻率極高，但載流子遷移率極低。 故故只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片。 目前常用的霍爾元件材料有：目前常用的霍爾元件材料有：鍺、硅、砷化銦、銻

34、化銦等鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料。其中：。其中：N型鍺容易加工制造，其霍爾系數(shù)、溫度性能和線性度都較好。型鍺容易加工制造，其霍爾系數(shù)、溫度性能和線性度都較好。N型硅的線性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能同型硅的線性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能同N型鍺相近。型鍺相近。銻化銦對(duì)溫度最敏感，尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，但在室溫銻化銦對(duì)溫度最敏感，尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，但在室溫時(shí)其霍爾系數(shù)較大。時(shí)其霍爾系數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線性度好。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線性度好。二、霍爾元件及其傳感器二、霍爾元件及其傳感器二、霍爾元件及其

35、傳感器二、霍爾元件及其傳感器1霍爾元件基本結(jié)構(gòu)霍爾元件基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)：由霍爾片、引線和殼體組成結(jié)構(gòu)：由霍爾片、引線和殼體組成 霍爾片：一塊霍爾片：一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個(gè)引線。，引出四個(gè)引線。1、1兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱(chēng)為兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱(chēng)為激勵(lì)電極（紅線）激勵(lì)電極（紅線）；2、2引線為霍爾輸出引線，稱(chēng)為引線為霍爾輸出引線，稱(chēng)為霍爾電極（綠線）霍爾電極（綠線）。 霍爾元件殼體由霍爾元件殼體由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成。封裝而成。 4 42 20.1mm0.1mm3 3 激勵(lì)電極激勵(lì)電極霍爾電極霍爾電極(2) (2) 霍

36、爾元件基本特性霍爾元件基本特性l 線性特性與開(kāi)關(guān)特性線性特性與開(kāi)關(guān)特性l 不等位電阻不等位電阻l 負(fù)載特性負(fù)載特性 l 溫度特性溫度特性 l 不等位電阻不等位電阻 表示未加磁場(chǎng)時(shí)，不等位電勢(shì)與相應(yīng)電流的比值。表示未加磁場(chǎng)時(shí)，不等位電勢(shì)與相應(yīng)電流的比值。產(chǎn)生的產(chǎn)生的原因：原因：1、 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位上；霍爾電極安裝位置不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位上；2、半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻；、半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻；3、激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配。其值大小為：、激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配。其值大小為：00UrIl

37、負(fù)載特性負(fù)載特性 當(dāng)霍爾電極間串接有負(fù)載時(shí)，由于要流過(guò)霍爾電當(dāng)霍爾電極間串接有負(fù)載時(shí)，由于要流過(guò)霍爾電流，故在內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，實(shí)際的霍爾電動(dòng)勢(shì)比理論流，故在內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，實(shí)際的霍爾電動(dòng)勢(shì)比理論值略小，這就是霍爾元件的負(fù)載特性。值略小，這就是霍爾元件的負(fù)載特性。l 溫度特性溫度特性 通常，溫度對(duì)半導(dǎo)體材料影響較大，對(duì)霍爾元件通常，溫度對(duì)半導(dǎo)體材料影響較大，對(duì)霍爾元件也一樣。溫度影響其霍爾系數(shù)與電阻率。也一樣。溫度影響其霍爾系數(shù)與電阻率。(3) (3) 霍爾元件的誤差及其補(bǔ)償霍爾元件的誤差及其補(bǔ)償1 1、不等位電勢(shì)：、不等位電勢(shì)：當(dāng)霍爾元件通以激勵(lì)電流當(dāng)霍爾元件通以激勵(lì)電流I I時(shí)，若磁場(chǎng)時(shí)，若

38、磁場(chǎng)B=0B=0，理論上霍爾電勢(shì)理論上霍爾電勢(shì)U UH H=0,=0,但實(shí)際但實(shí)際U UH H00，這時(shí)測(cè)得的空載電勢(shì)稱(chēng)，這時(shí)測(cè)得的空載電勢(shì)稱(chēng)不等位電勢(shì)不等位電勢(shì) U U0 0 。產(chǎn)生的原因：。產(chǎn)生的原因：霍爾引出電極安裝不對(duì)稱(chēng)不在同一霍爾引出電極安裝不對(duì)稱(chēng)不在同一等位面上，或激勵(lì)電極接觸不良。等位面上，或激勵(lì)電極接觸不良。半導(dǎo)體材料不均勻，幾何尺寸不半導(dǎo)體材料不均勻，幾何尺寸不均勻，造成電阻率不均勻。均勻，造成電阻率不均勻。2 2、寄生直流電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償、寄生直流電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償 產(chǎn)生原因：焊點(diǎn)不完全歐姆電阻，大小不等，熱容量不同產(chǎn)生原因：焊點(diǎn)不完全歐姆電阻，大小不等，熱容量不同 歐姆接觸：金屬與

39、半導(dǎo)體的接觸，其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本歐姆接觸：金屬與半導(dǎo)體的接觸，其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻。身的電阻。 方法：元件制作安裝時(shí)，盡量做到電極歐姆接觸，并做到均勻散熱。方法：元件制作安裝時(shí)，盡量做到電極歐姆接觸，并做到均勻散熱。 為了消除不等位電勢(shì)，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻為了消除不等位電勢(shì)，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻（不（不對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償）對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償）。也可在兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻。也可在兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻（對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償）（對(duì)稱(chēng)補(bǔ)償） 。3 3、霍爾元件的溫度誤差及補(bǔ)償、霍爾元件的溫度誤差及補(bǔ)償 霍爾元件是霍爾元件是半導(dǎo)體元件半導(dǎo)體元件，它的許多參數(shù)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫，它的許多

40、參數(shù)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度度T T變化時(shí)，載流子濃度變化時(shí)，載流子濃度n n、遷移率、遷移率、電阻率、電阻率，霍爾系數(shù)，霍爾系數(shù) R RH H 都會(huì)變化。以下是幾種補(bǔ)償方法：都會(huì)變化。以下是幾種補(bǔ)償方法：恒流源補(bǔ)償：恒流源補(bǔ)償： 由由 U UH H = K = KH H I B I B 可見(jiàn)恒流源可見(jiàn)恒流源I I供電可使供電可使U UH H穩(wěn)定，但靈敏度穩(wěn)定，但靈敏度系數(shù)系數(shù) K KH H = = R RH H/d =/d /d =/d 也是溫度的函數(shù)：也是溫度的函數(shù)： T T ，溫度，溫度T T變化時(shí)靈敏度變化時(shí)靈敏度KHKH也變化。也變化。 多數(shù)霍爾器件是多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)，T

41、 KT KH H ，可通過(guò)減小，可通過(guò)減小I I保持保持 K KH H * * I I 不變，抵消溫度造成不變，抵消溫度造成K KH H增加的影響。增加的影響。u 具體補(bǔ)償方法具體補(bǔ)償方法:在霍爾元件上并聯(lián)一電阻在霍爾元件上并聯(lián)一電阻 Rp 分流，分流，IHUH RiN當(dāng)當(dāng)TIPUHRp Rp 自動(dòng)加強(qiáng)分流，使自動(dòng)加強(qiáng)分流，使Ip Ip 增大，增大，I IH H 下降，下降，U UH H下降；下降；補(bǔ)償電阻補(bǔ)償電阻 Rp Rp 可選擇負(fù)溫度系數(shù)可選擇負(fù)溫度系數(shù). .IHRPTIPUH60恒流溫度補(bǔ)償電路恒流溫度補(bǔ)償電路 0HI)1 ()1 (00TRRTRRppii初始溫度時(shí)：初始溫度時(shí)：00

42、0pspiR IRR溫度增加溫度增加T時(shí)：時(shí)：霍爾元件輸入電阻霍爾元件輸入電阻溫度增加溫度增加T時(shí)：時(shí)：)1 ()1 ()1 (000TRTRITRRRIRIipspipspH欲使霍爾電勢(shì)不變：欲使霍爾電勢(shì)不變：0HHUU00HHHHKIBU I B00)(ipRR7.2.27.2.2 測(cè)量電路測(cè)量電路 霍爾晶體的外形為矩形薄片有四根引線，霍爾晶體的外形為矩形薄片有四根引線， 兩端加激勵(lì)，兩端為輸出，兩端加激勵(lì)，兩端為輸出，R RL L為負(fù)載電阻為負(fù)載電阻 ； 電源電源E E通過(guò)通過(guò)R R控制激勵(lì)電流控制激勵(lì)電流I I； B B 磁場(chǎng)與元件面垂直（向里）磁場(chǎng)與元件面垂直（向里） 實(shí)測(cè)中可把實(shí)測(cè)

43、中可把I I* *B B作輸入，作輸入， 也可把也可把I I或或B B單獨(dú)做輸入；單獨(dú)做輸入； 通過(guò)霍爾電勢(shì)輸出測(cè)量結(jié)果。通過(guò)霍爾電勢(shì)輸出測(cè)量結(jié)果。 輸出輸出U U0 0與與I I或或B B成正比關(guān)系，或與成正比關(guān)系，或與I I* *B B成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。7.2.37.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)。特性好和壽命長(zhǎng)。 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：點(diǎn)火系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速、里程測(cè)定、點(diǎn)火系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速、里程測(cè)定、機(jī)械設(shè)備的限位開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)、電流的測(cè)定與控制、機(jī)械設(shè)備的限位開(kāi)關(guān)

44、、按鈕開(kāi)關(guān)、電流的測(cè)定與控制、位置及角度的檢測(cè)等等位置及角度的檢測(cè)等等7.2.37.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 微位移的測(cè)量微位移的測(cè)量 U UH H量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量。這種結(jié)構(gòu)的傳感器，化量。這種結(jié)構(gòu)的傳感器， 其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)5 mm5 mm，分辨，分辨率為率為0.001mm0.001mm。 7.2.37.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量 7.2.37.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量 設(shè)旋轉(zhuǎn)體上固定有設(shè)旋轉(zhuǎn)體上固定有n n個(gè)永磁體

45、，則每采樣時(shí)間個(gè)永磁體，則每采樣時(shí)間t t（s s）內(nèi)霍）內(nèi)霍爾元件送入數(shù)字頻率計(jì)的脈沖數(shù)為：爾元件送入數(shù)字頻率計(jì)的脈沖數(shù)為：由此，得到轉(zhuǎn)速為：由此，得到轉(zhuǎn)速為：或：或： 該方法測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)分辨率的大小由轉(zhuǎn)盤(pán)上的小磁體的數(shù)該方法測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)分辨率的大小由轉(zhuǎn)盤(pán)上的小磁體的數(shù)目目n n決定。決定。2tNn2(/ )Nrad stn( / )2Nrr stn7.2.37.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量 基于霍爾元件的轉(zhuǎn)速測(cè)量電路基于霍爾元件的轉(zhuǎn)速測(cè)量電路7.2.37.2.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 壓力的測(cè)量壓力的測(cè)量 霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器霍爾壓力傳

46、感器結(jié)構(gòu)原霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理理 一、單項(xiàng)選擇題一、單項(xiàng)選擇題1 1、制造霍爾元件的半導(dǎo)體材料中，目前用的較多的是鍺、銻化銦、砷制造霍爾元件的半導(dǎo)體材料中，目前用的較多的是鍺、銻化銦、砷化銦，其原因是這些（化銦，其原因是這些（ ）。）。 A A半導(dǎo)體材料的霍爾常數(shù)比金屬的大半導(dǎo)體材料的霍爾常數(shù)比金屬的大 B B半導(dǎo)體中電子遷移率比空穴高半導(dǎo)體中電子遷移率比空穴高 C C半導(dǎo)體材料的電子遷移率比較大半導(dǎo)體材料的電子遷移率比較大 D DN N型半導(dǎo)體材料較適宜制造靈敏度較高的霍爾元件型半導(dǎo)體材料較適宜制造靈敏度較高的霍爾元件2 2、磁電式傳感器測(cè)量電路中引入積分電路是為了測(cè)量（磁電式傳感器測(cè)量電

47、路中引入積分電路是為了測(cè)量（ ）。）。 A A位移位移 B B速度速度 C C加速度加速度 D D光強(qiáng)光強(qiáng)3 3、磁電式傳感器測(cè)量電路中引入微分電路是為了測(cè)量（磁電式傳感器測(cè)量電路中引入微分電路是為了測(cè)量（ ） A A位移位移 B B速度速度 C C加速度加速度 D D光強(qiáng)光強(qiáng)D DA A習(xí)習(xí) 題題 C C4 4、霍爾電勢(shì)與（霍爾電勢(shì)與（ ）成反比）成反比 A A激勵(lì)電流激勵(lì)電流 B B磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 C C霍爾器件寬度霍爾器件寬度 D D霍爾器件長(zhǎng)度霍爾器件長(zhǎng)度5 5、霍爾元件不等位電勢(shì)產(chǎn)生的主要原因不包括（霍爾元件不等位電勢(shì)產(chǎn)生的主要原因不包括（ ） A A霍爾電極安裝位置不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位上霍爾電極安裝位置不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位上 B B半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻 C C周?chē)h(huán)境溫度變化周?chē)h(huán)境溫度變化 D D激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配D D習(xí)習(xí) 題題 C C二、填空題二、填空題1 1、通過(guò)通過(guò) 將被測(cè)量轉(zhuǎn)換