傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件

1、傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件速度測量概述1、轉(zhuǎn)速測量中主要考慮的問題1）被測物體運動的速度范圍超低速(0.102.00r/min)低速(0.5500r/min)(2020000r/min)高速(500200000r/min)超高速(500600000r/min)全速(0.10600000r/min)適用的測速傳感器較多2）被測物體可測點幾何形狀例：光軸、齒輪、葉片、帶孔、帶槽、帶銷、微型電機3）環(huán)境條件4）動態(tài)/靜態(tài)時的顯示、記錄、控制5）誤差、響應時間、輸出控制形式傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件2、轉(zhuǎn)速測量的分類及實現(xiàn)方案根據(jù)傳感器安裝方式：1接觸式2非接觸式根據(jù)傳感器不同：1磁電2光

2、電3霍爾4磁敏傳感器測量范圍（kHz）感應對象檢測距離（mm）應用場合磁敏傳感器010鐵、電工鋼0.51.5速度、位移磁電傳感器505000電工鋼0.51速度霍爾傳感器010磁鐵15速度、位移光電傳感器010自然光、紅外光115速度、位移接近開關0200Hz金屬15速度、位移傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件3、轉(zhuǎn)速測量電路1）轉(zhuǎn)速測量儀的基本組成：2）轉(zhuǎn)速測量基本方法定數(shù)采樣定數(shù)采樣：這種方法其實是測量單個脈沖的周期或指定個數(shù)脈沖的總周期。這種測量脈沖的方法又叫做測周法測周法。 定時采樣定時采樣。這種方法其實是測量單位時間的脈沖個數(shù)。這種測量脈沖的方法又叫做測頻法測頻法。頻率電壓轉(zhuǎn)換(f/V)

3、頻率轉(zhuǎn)速N=f/分頻數(shù)4、轉(zhuǎn)速傳感器的選擇原則測量環(huán)境 價格測量范圍 可靠性系統(tǒng)功耗單位r/min r/s傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件 一、霍爾效應和霍爾元件的工作原理一、霍爾效應和霍爾元件的工作原理 在半導體薄片中通在半導體薄片中通以電流以電流I,I,在與薄片垂直在與薄片垂直方向加磁場方向加磁場B B，則在半，則在半導體薄片的另外兩端，導體薄片的另外兩端，產(chǎn)生一個大小與控制電產(chǎn)生一個大小與控制電流流I I和和B B乘積成正比的電乘積成正比的電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。該電勢稱為霍爾效應。該電勢稱為霍爾電勢，該薄片稱為霍爾電勢，該薄片稱為霍爾元件。爾元件。 1 1、霍

4、爾效應、霍爾效應傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件2 2、霍爾電勢、霍爾電勢UH KH I B 單位磁感應強度和單位控制電流作用時，所單位磁感應強度和單位控制電流作用時，所能輸出的霍爾電勢的大小。單位是能輸出的霍爾電勢的大小。單位是mV/mV/（mATmAT） 意義：意義：與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關，決與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關，決定霍爾電勢的強弱。定霍爾電勢的強弱。 若磁感應強度若磁感應強度B B的方向與霍爾元件的平面法線夾的方向與霍爾元件的平面法線夾角為角為時，霍耳電勢應為：時，霍耳電勢應為： VH KH I B cos 霍耳器件薄膜化是提高靈敏度的一

5、個途徑?；舳骷∧せ翘岣哽`敏度的一個途徑?；魻栯妷夯魻栯妷篣H為：為： IBKnedIBUHH式中式中 n 半導體單位體半導體單位體積中的載流子數(shù)積中的載流子數(shù) e 電子電量電子電量 KH霍爾元件靈敏度霍爾元件靈敏度，KH1/ned 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾器件符號霍爾器件符號HABCDABCDBACDC、D：霍耳輸出端，稱為：霍耳輸出端，稱為霍爾端霍爾端或輸出端。或輸出端。A、B：電極端，稱為元件：電極端，稱為元件電流端電流端、控制電流端或、控制電流端或 輸入電流端。輸入電流端。紅色紅色導線導線紅色紅色導線導線綠色綠色導線導線綠色綠色導線導線一般為一般為4mm4mm2mm2m

6、m0.1mm0.1mm傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件二材料及結(jié)構特點二材料及結(jié)構特點 霍爾元件一般采用具有霍爾元件一般采用具有N型的鍺、銻化銦和砷化型的鍺、銻化銦和砷化銦等半導體單晶材料制成。銦等半導體單晶材料制成。 1.銻化銦元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。銻化銦元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。 2.鍺元件的輸出雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。鍺元件的輸出雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。 3.砷化銦元件的輸出信號沒有銻化銦元件大，但是受溫砷化銦元件的輸出信號沒有銻化銦元件大，但是受溫度的影響卻比銻化銦的要小，而且線性度也較好。度的影響卻比銻化銦的要小，而且線性度也較

7、好。 采用砷化銦為霍爾元件的材料得到普遍應用采用砷化銦為霍爾元件的材料得到普遍應用。 特點小結(jié)傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件輸入1輸入2輸出1輸出2磁性頂端引線襯底霍爾元件傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾元件的主要特性參數(shù)：(1) 輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻：控制電極間的電阻 輸出電阻：霍爾電極之間的電阻(2) 額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在 空氣中產(chǎn)生10溫升時，對應的控制電流值 最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對 應的控制電流值 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件(3) 不等位電勢Uo和不等位電阻ro 不等位電勢：當霍爾元件的

8、控制電流為額定值時，若元件所處位置的磁感應強度為零，測得的空載霍爾電勢。不等位電勢是由霍爾電極2和之間的電阻決定的， r 0稱不等位電阻 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件 型型號號 材材料料 控控制制 電電流流(mA) 霍霍爾爾 電電壓壓 (mV, 0.1T) 輸輸入入 電電阻阻 () 輸輸出出 電電阻阻 () 靈靈敏敏度度(mV/mA.T) 不不等等位位電電勢勢(mV) VH溫溫度度 系系數(shù)數(shù)(%/) EA218 InAs 100 8 8. .5 5 3 3 1 1. .5 5 0 0. .3 35 5 1 13 3 6 6. .5 5 2 2. .4 4 0 0. .7 75 5 1 1

9、0 0. .0 07 7 VHG-110 GaAs 5 5 5 - -1 10 0 2 20 00 0- -8 80 00 0 2 20 00 0- -8 80 00 0 3 30 0- -2 22 20 0 5 5 4 40 0 3 30 0 2 2. .5 5 _ _ - -0 0. .0 02 2 MF07FZZ InSb 10 4 40 0- -2 29 90 0 8 8- -6 60 0 8 8- -6 65 5 _ _ 1 10 0 - -2 2 MF19FZZ InSb 10 8 80 0- -6 60 00 0 8 8- -6 60 0 8 8- -6 65 5 _ _ 1 1

10、0 0 - -2 2 MH07FZZ InSb 1V 8 80 0- -1 12 20 0 8 80 0- -4 40 00 0 8 80 0- -4 43 30 0 _ _ 1 10 0 - -0 0. .3 3 MH19FZZ InSb 1V 1 15 50 0- -2 25 50 0 8 80 0- -4 40 00 0 8 80 0- -4 43 30 0 _ _ 1 10 0 - -0 0. .3 3 KH-400A InSb 5 2 25 50 0- -5 55 50 0 2 24 40 0- -5 55 50 0 5 50 0- -1 11 10 0 5 50 0- -1 11

11、10 00 0 1 10 0 - -0 0. .3 3 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件EWLRIBHUBIIBIBkUHH傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件1WIHUE2WABIHUB傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件V15V151R3R4R2RfR1234V15V151R3R4R2R1234傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件IAB0UCD1R3R4R2RABCD傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件1R2R4R3RWABCDIABCDW1R2R4R3RWABCDIABCDW1R2R4R3RWABCDIABCDW傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾效應霍爾效應集成電路技術集成電路技術開關信號開關信號磁敏

12、傳感器磁敏傳感器集成霍爾元件集成霍爾元件和開關型兩大類和開關型兩大類 可分為線性可分為線性型型傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件ccV1穩(wěn)壓穩(wěn)壓23地輸出VT霍爾元件放大整形傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件）（TB）（VVOUTONOFFOPBRPBHBOPBRPBHBOPBB RPBB 3020T123V1223k2ROUTV1傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件CCV231KCCV231KCVCCV231CVLRCCV231CVLR傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件磁感應強度）（距離mmLLNS）（TB磁感應強度）（距離mmL）（TBLNS25.0空隙傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件S磁鐵磁力集中

13、器N移動傳感器)(mmL）（磁感應強度TB有磁力集中器無磁力集中器NS傳感器磁鐵（低碳鋼）磁力集中器倍1BS傳感器磁鐵磁力集中器mmmm8 . 06 . 02525)(軟鋼鐵底盤N%30B傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件ccVOUTV穩(wěn)壓穩(wěn)壓地123ccV輸出穩(wěn)壓穩(wěn)壓地3418輸出567R傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件)(VVOUT輸出電壓)(TB磁感應強度)(VVOUT輸出電壓)(TB磁感應強度100R0R15R 型型號號 電電源源電電壓壓(V) 輸輸出出電電壓壓(V) 靈靈敏敏度度(mV/mA.T) 帶帶寬寬(kHz) 工工作作溫溫度度() SL3501T 8 12 2.5 5 3500

14、 - 7000 25 0 - 70 SL3501M 8 - 16 3.6 700 - 1400 25 0 - 70 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件NNSSIx磁鋼傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件3 411CMSL3501A1RP2RP1R2R474720k10p1000uA100S5678IKIC1IBKVHHPKIVKKKH21VRLRBVIVKB2傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件轉(zhuǎn)角HV02轉(zhuǎn)角HV0NS霍爾元件永磁體被測軸NS被測軸霍爾元件永磁體傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件HVIBCII霍爾元件通電導線導磁鐵芯傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)非磁性涂層非磁性涂層

15、MSL3501霍爾元件型鐵芯U永磁體鐵磁基體覆蓋層磁回路)(VUOUT）（厚度mmV5OUTU123V5MSL3501傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件控制電路鍋爐電磁閥投牌口水龍頭水瓶收牌箱磁鐵磁傳感器滑槽傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾式傳感器的應用實例霍爾式傳感器的應用實例霍爾轉(zhuǎn)速測量霍爾轉(zhuǎn)速測量 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾特斯拉計（高斯計）霍爾特斯拉計（高斯計） 霍爾元件霍爾元件傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾角位移測霍爾角位移測量量傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件霍爾鉗形電流表的使用霍爾鉗形電流表的使用叉形叉形鉗形表漏磁稍鉗形表漏磁稍大，但使用方便大，但使用方便 用用

16、鉗形表測量鉗形表測量 電動機的相電流電動機的相電流傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件實驗探究1 若閉合電路中有感應電流若閉合電路中有感應電流,電路中就一定有電電路中就一定有電動勢動勢. 演示實驗并播放動畫演示實驗并播放動畫 畫出等效電路圖畫出等效電路圖傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件 實驗探究實驗探究2：在向線圈中插入條形磁鐵的實驗中，在向線圈中插入條形磁鐵的實驗中，磁鐵的磁場越強、插入的速度越快，磁鐵的磁場越強、插入的速度越快，產(chǎn)生的感應電流就越大。產(chǎn)生的感應電流就越大。 實驗實驗:電磁感應插磁鐵電磁感應插磁鐵傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件 實驗探究實驗探究3:傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課

17、件一、磁電感應式傳感器工作原理一、磁電感應式傳感器工作原理 BlvdtdxBldtdeB：穩(wěn)恒均勻磁場磁感應強度；：穩(wěn)恒均勻磁場磁感應強度；L：導體有效長度；：導體有效長度；V：導體相對磁場運動速度。：導體相對磁場運動速度。 導體在穩(wěn)恒均勻磁場中運動導體在穩(wěn)恒均勻磁場中運動N N匝線圈處于變化的磁場中匝線圈處于變化的磁場中dtdNe兩種磁電式傳感器結(jié)構：變磁通式和恒磁通式。兩種磁電式傳感器結(jié)構：變磁通式和恒磁通式。傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件開磁路變磁通式開磁路變磁通式：結(jié)構簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速的場合。 1 1、變磁通式、變磁通式傳感器原理速度傳

18、感器磁電霍爾課件傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件閉磁路變磁通式：閉磁路變磁通式：感應電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件2 2、恒定磁通式、恒定磁通式傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件2 2、恒定磁通式、恒定磁通式lNBe0B0：工作氣隙磁感應強度；l：每匝線圈平均長度； N：線圈在工作氣隙磁場 中的匝數(shù)；v：相對運動速度。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件二、二、 磁電感應式傳感器基本特性磁電感應式傳感器基本特性fofoRRlNvBRREIRf：測量電路輸入電阻；：測量電路輸入電阻；R：線圈等效電阻。：線圈等效電阻。 傳感器的電流靈敏度為傳感器的電流靈敏度為 fooIRRlNBvIS傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件輸出電壓和電壓靈敏度分別為輸出電壓和電壓靈敏度分別為 ffofooRRlNvRBRIUffooURRlNRBvUS 為了保證傳感器輸出的線性度，要保證線圈始終在均勻磁場內(nèi)運動。 提高靈敏度方法： 選用具有磁能積較大的永久磁鐵； 盡量小的氣隙長度，以提高氣隙磁通密度B； 增加和N，但它們受到體積和重量、內(nèi)電阻及工作頻率等因素的限制。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾課件三、磁