第七章 磁電式傳感器ppt課件

1、第7章 磁電式傳感器 第7章 磁電式傳感器 任課教師：彭東青第7章 磁電式傳感器 發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中用于檢測汽車車速的傳感器。利用車速傳感器輸出的信號，控制電腦可以控制發(fā)動機(jī)怠速、自動變速器換檔及發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇的開閉等其它功能。在歐洲、北美、亞洲的各種汽車上比較廣泛地采用磁電式車速傳感器。 1、車速傳感器第7章 磁電式傳感器 2.機(jī)載振動檢測系統(tǒng)機(jī)載振動檢測系統(tǒng)飛機(jī)飛行過程發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的平衡和空氣動力的作用，都會引起各飛機(jī)飛行過程發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的平衡和空氣動力的作用，都會引起各部分產(chǎn)生不同程度的振動，當(dāng)振動量過大，將會造成飛機(jī)構(gòu)件的部分產(chǎn)生不同程度的振動，當(dāng)振動量過大，將會造成飛機(jī)構(gòu)件的損壞。因此為了

2、確保飛行安全，在飛機(jī)設(shè)計中，對一些重要部件損壞。因此為了確保飛行安全，在飛機(jī)設(shè)計中，對一些重要部件如發(fā)動機(jī)、機(jī)身、機(jī)翼等，都必須在地面進(jìn)行振動實驗，以保證如發(fā)動機(jī)、機(jī)身、機(jī)翼等，都必須在地面進(jìn)行振動實驗，以保證這些部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，零件加工和裝配是否符合質(zhì)量要這些部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，零件加工和裝配是否符合質(zhì)量要求，在這些試驗中，廣泛采用磁電式振動傳感器。求，在這些試驗中，廣泛采用磁電式振動傳感器。第7章 磁電式傳感器 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7章 磁電式傳感器 磁電感應(yīng)式傳感器， 是利用電磁感應(yīng)原理將被測量如振動、位移、轉(zhuǎn)速等轉(zhuǎn)換成

3、感應(yīng)電勢輸出的一種傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一種有源傳感器。 由于它輸出功率大，故配用電路較簡單，得到普遍應(yīng)用。 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器第7章 磁電式傳感器 由電磁感應(yīng)定律可知：7.1.1 磁電感應(yīng)式傳感器工作原理磁電感應(yīng)式傳感器工作原理dtdWeBlvdtdxBldtde（1導(dǎo)體不動，由于磁場大小或方向變化將產(chǎn)生感生電動勢（2由于導(dǎo)體在磁場中運動v不平行于B)將產(chǎn)生動生電動勢第7章 磁電式傳感器 因此產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的方法有兩個：（2線圈相對磁場運動切割磁力線；（1使磁路磁通量發(fā)生變化；根據(jù)以上原理，可設(shè)計出兩種磁電感應(yīng)式傳感器

4、結(jié)構(gòu)：變磁通式變磁阻式）、恒磁通式。第7章 磁電式傳感器 1、變磁阻式磁電式傳感器工作原理、變磁阻式磁電式傳感器工作原理這類傳感器的線圈和磁鐵部分靜止不動，與被測物連接而運動的部分這類傳感器的線圈和磁鐵部分靜止不動，與被測物連接而運動的部分是用導(dǎo)磁材料制成的，在運動中，它們改變磁路的磁阻，因此改變穿是用導(dǎo)磁材料制成的，在運動中，它們改變磁路的磁阻，因此改變穿過線圈的磁通量，于是在線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。過線圈的磁通量，于是在線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實、價格便宜，被廣泛用于車輛上作為檢測車輪轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實、價格便宜，被廣泛用于車輛上作為檢測車輪轉(zhuǎn)速的輪速傳感器。上圖為變磁通式

5、磁電傳感器的結(jié)構(gòu)原理。其中傳感的輪速傳感器。上圖為變磁通式磁電傳感器的結(jié)構(gòu)原理。其中傳感器線圈、磁鐵和外殼均固定不動，齒輪安裝在被測的旋轉(zhuǎn)體上。器線圈、磁鐵和外殼均固定不動，齒輪安裝在被測的旋轉(zhuǎn)體上。 第7章 磁電式傳感器 變磁阻式磁電傳感器結(jié)構(gòu)分為兩種：開磁路和閉磁路兩種。(1) 開磁路式結(jié)構(gòu)1、永久磁鐵 2、軟鐵、感應(yīng)線圈、4、鐵齒輪 5、被測轉(zhuǎn)軸5第7章 磁電式傳感器 線圈、磁鐵靜止不動被測旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動齒的凹凸使磁路磁阻周期變化測量齒輪轉(zhuǎn)動磁路磁通周期性變化線圈中產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電動勢5第7章 磁電式傳感器 線圈中感應(yīng)電動勢變化頻率等于磁通變化頻率，也就是等于被測轉(zhuǎn)速與測量齒輪上齒數(shù)的

6、乘積，即60nZf Z為齒輪齒數(shù)，為齒輪齒數(shù)，n為被測體的轉(zhuǎn)速為被測體的轉(zhuǎn)速(r/min)這種結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，適用于轉(zhuǎn)速較低或振動不這種結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，適用于轉(zhuǎn)速較低或振動不太強(qiáng)烈的場合太強(qiáng)烈的場合第7章 磁電式傳感器 (2) 閉磁路式結(jié)構(gòu)1、永久磁鐵、永久磁鐵 3、線圈，、線圈，5、內(nèi)齒輪、內(nèi)齒輪 6、外齒輪、外齒輪 7、被測轉(zhuǎn)軸被測轉(zhuǎn)軸它由裝在轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成，內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。 當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測轉(zhuǎn)軸上時，外齒輪不動，內(nèi)齒輪隨被測軸而轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外齒輪的相對轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電

7、動勢。 顯然，感應(yīng)電勢的頻率也與被測轉(zhuǎn)速成正比。 第7章 磁電式傳感器 2、恒磁通式磁電傳感器工作原理相對運動式）、恒磁通式磁電傳感器工作原理相對運動式）磁路系統(tǒng)永久磁鐵產(chǎn)生恒定的直流磁場，磁路中的氣隙固定不變，磁路系統(tǒng)永久磁鐵產(chǎn)生恒定的直流磁場，磁路中的氣隙固定不變，因而氣隙中磁通是恒定的，運動部件可以是線圈，也可以是磁鐵，二者因而氣隙中磁通是恒定的，運動部件可以是線圈，也可以是磁鐵，二者之間只要有相對運動，就會使線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。之間只要有相對運動，就會使線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。圖圖7-2 恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)原理圖恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)原理圖（a） 動圈式；動圈式；

8、(b) 動鐵式動鐵式 第7章 磁電式傳感器 使用時，磁電式傳感器于被測物體緊固在一起，當(dāng)物體振動時，傳感器外殼也隨之振動。由于彈簧非常軟、輕，運動部件繞扎在金屬骨架上的線圈質(zhì)量相對較大，當(dāng)物體振動頻率足夠高時，運動部件慣性很大，來不及隨振動體一起振動，近乎靜止不動，振動能量幾乎全部被彈簧吸收，永久磁鐵于線圈之間的相對運動速度就接近于振動體的振動速度。磁鐵與線圈的相對運動速度切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。第7章 磁電式傳感器 設(shè)線圈運動空間的工作氣隙磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)線圈運動空間的工作氣隙磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B是均勻的，線圈是均勻的，線圈的匝數(shù)為的匝數(shù)為W，l 為線圈平均長度，當(dāng)線圈與磁場的相對運動速

9、為線圈平均長度，當(dāng)線圈與磁場的相對運動速度為度為dx/dt時，則線圈的感應(yīng)電動勢為：時，則線圈的感應(yīng)電動勢為：sinsinWBlvdtdxWBle 為線圈運動方向與為線圈運動方向與B的夾角的夾角當(dāng)當(dāng) =90WBlve 因此，當(dāng)線圈匝數(shù)，工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈有效長度不因此，當(dāng)線圈匝數(shù)，工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈有效長度不變時，感應(yīng)電動勢大小與被測速度成正比。變時，感應(yīng)電動勢大小與被測速度成正比。第7章 磁電式傳感器 7.1.2 磁電感應(yīng)式傳感器的非線性誤差磁電感應(yīng)式傳感器的非線性誤差 磁電式傳感器產(chǎn)生非線性誤差的主要原因是: 由于傳感器線圈內(nèi)有電流I流過時, 將產(chǎn)生一定的交變磁通I, 此交變磁

10、通疊加在永久磁鐵所產(chǎn)生的工作磁通上, 使恒定的氣隙磁通變化如圖所示。v圖圖7-4 傳感器線圈電流的磁場效應(yīng)傳感器線圈電流的磁場效應(yīng) 第7章 磁電式傳感器 1、當(dāng)傳感器線圈相對于永久磁鐵磁場的運動速度增大時, 將產(chǎn)生較大的感生電勢E和較大的電流I, 由此而產(chǎn)生的附加磁場方向與原工作磁場方向相反, 減弱了工作磁場的作用, 從而使得傳感器的靈敏度隨著被測速度的增大而降低。2、當(dāng)線圈的運動速度與圖中所示方向相反時, 感生電勢E、 線圈感應(yīng)電流反向, 所產(chǎn)生的附加磁場方向與工作磁場同向, 從而增大了傳感器的靈敏度。其結(jié)果是線圈運動速度方向不同時，傳感器的靈敏度具有不其結(jié)果是線圈運動速度方向不同時，傳感器

11、的靈敏度具有不同的數(shù)值，即傳感器輸出具有非線性特性，且傳感器靈敏度同的數(shù)值，即傳感器輸出具有非線性特性，且傳感器靈敏度越高，線圈中電流越大，這種非線性越嚴(yán)重。越高，線圈中電流越大，這種非線性越嚴(yán)重。v第7章 磁電式傳感器 7.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路 圖7-5 磁電式傳感器測量電路方框圖 位移測量加速度測量 磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢, 且傳感器通常具有較高的靈敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器, 若要獲取被測位移或加速度信號, 則需要配用積分或微分電路。第7章 磁電式傳感器 7.1.4 動圈式振動速度傳感器動圈式振動速度傳感器

12、 JS-05型磁電式振動速度傳感器型磁電式振動速度傳感器 價錢：490元 第7章 磁電式傳感器 構(gòu)造：鋼制圓形外殼，里面用鋁支架將圓柱形永久磁鐵構(gòu)造：鋼制圓形外殼，里面用鋁支架將圓柱形永久磁鐵與外殼固定成一體，永久磁鐵中間有一條小孔，穿過小孔的與外殼固定成一體，永久磁鐵中間有一條小孔，穿過小孔的芯軸兩端架起線圈和阻尼環(huán)，芯軸兩端通過圓形膜片支撐架芯軸兩端架起線圈和阻尼環(huán)，芯軸兩端通過圓形膜片支撐架空且于外殼相連?？涨矣谕鈿は噙B。1、芯軸2、圓形外殼3、彈簧片4、鋁支架5、永久磁鐵6、線圈7、阻尼環(huán)8、引線第7章 磁電式傳感器 工作時, 傳感器與被測物體剛性連接, 當(dāng)物體振動時, 傳感器外殼和永

13、久磁鐵隨之振動, 而架空的芯軸、線圈和阻尼環(huán)因慣性而不隨之振動。 因此, 磁路空氣隙中的線圈切割磁力線而產(chǎn)生正比于振動速度的感應(yīng)電動勢, 線圈的輸出通過引線輸出到測量電路。 該傳感器測量的是振動速度參數(shù), 若在測量電路中接入積分電路, 則輸出電勢與位移成正比; 若在測量電路中接入微分電路, 則其輸出與加速度成正比。第7章 磁電式傳感器 7.1.5 磁電感應(yīng)式流量計磁電感應(yīng)式流量計 可以用來測量具有一定電導(dǎo)率的流體的流量。原理如圖：可以用來測量具有一定電導(dǎo)率的流體的流量。原理如圖：NS差動放大輸出導(dǎo)電的流體在絕緣的導(dǎo)管中流動時，兩電極之間的流體可以看作是導(dǎo)電的流體在絕緣的導(dǎo)管中流動時，兩電極之間

14、的流體可以看作是一段長度為導(dǎo)管內(nèi)徑的導(dǎo)體垂直于磁場運動，這一段導(dǎo)體將產(chǎn)生一一段長度為導(dǎo)管內(nèi)徑的導(dǎo)體垂直于磁場運動，這一段導(dǎo)體將產(chǎn)生一定大小的感應(yīng)電動勢。定大小的感應(yīng)電動勢。第7章 磁電式傳感器 設(shè)管道中流體的流速分布均勻，各處的流速皆為設(shè)管道中流體的流速分布均勻，各處的流速皆為v，各處的，各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為B，則感應(yīng)電動勢，則感應(yīng)電動勢e大小為：大小為：BDve kBDvkeu差動放大后輸出為：差動放大后輸出為：管道中流體的流量管道中流體的流量Q為：為：vDQ42所以流量計的輸出輸入關(guān)系為：所以流量計的輸出輸入關(guān)系為：DQkBDQkBDu442流量計的輸出與被測流量流量計的輸出

15、與被測流量Q成正比，可以測量管道內(nèi)流體的流量。成正比，可以測量管道內(nèi)流體的流量。第7章 磁電式傳感器 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器7.2.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件霍爾效應(yīng)及霍爾元件 在一塊導(dǎo)體的兩側(cè)面在一塊導(dǎo)體的兩側(cè)面ab通以電流，在導(dǎo)體的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度通以電流，在導(dǎo)體的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場方向的另外兩側(cè)面的磁場，那么，在垂直于電流和磁場方向的另外兩側(cè)面cd上將產(chǎn)生電上將產(chǎn)生電勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電勢稱為霍爾電勢。勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電勢稱為霍爾電勢。 1. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)B a bdc第7章 磁電式傳感器 如

16、圖7-9所示，在垂直于外磁場B的方向上放置一導(dǎo)電板，導(dǎo)電板通以電流I，方向如圖所示。導(dǎo)電板中的電流使金屬中自由電子在電場作用下做定向運動。此時，每個電子受洛倫茲力fL 的作用，f=qVB，大小為fL=evB 。方向呢？ 根據(jù)左手定理或右手螺旋定則判斷，并注意負(fù)電荷，所以方向與拇指方向相反，即為圖中紅色箭頭方向圖7-9 霍爾效應(yīng)原理圖激勵電極霍爾效應(yīng)原理分析：霍爾效應(yīng)原理分析：第7章 磁電式傳感器 bUEHH此時電子除了沿電流反方向作定向運動外，還在fL的作用下漂移，結(jié)果使金屬導(dǎo)電板內(nèi)側(cè)面積累電子，而外側(cè)面積累正電荷，從而形成了附加內(nèi)電場EH， 稱霍爾電場，該電場強(qiáng)度為 式中, UH為內(nèi)外兩側(cè)面

17、的電位差。 霍爾電場的出現(xiàn)，使定向運動的電子除了受洛倫茲力作用外，還受到霍爾電場力的作用。其力的大小為e EH，方向呢，為圖中綠色箭頭所指方向。因為與fL方向相反 ，所以阻止電荷繼續(xù)積累。bUEHH第7章 磁電式傳感器 eEH=eBv 即：EH=vB 此時電荷不再向兩側(cè)面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。 當(dāng)電子所受洛倫磁力與霍爾電場作用力大小相等方向相反，即 隨著內(nèi)、外側(cè)面電荷的增加，霍爾電場增大，電子受到的霍爾電場力也增大。第7章 磁電式傳感器 若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為載流子密度n，電子定向運動平均速度為v，則激勵電流I=ne(bdx)/t=nebdv，即 nebdIv 將式7-13代入式nebd

18、IBvBEH因而霍爾電勢為： nebIBdEUHH霍爾電場EH=vB ，得bUEHH第7章 磁電式傳感器 通常令RH=1/ne，稱之為霍爾系數(shù)，其大小取決于導(dǎo)體載流子密度n, 那么 IBKdIBRUHHH式中, KH=RH/d 稱為霍爾片的靈敏度，它表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位激勵電流下，輸出的霍爾電勢。霍爾電勢為： nebIBdEUHH由上式可見，霍爾電勢正比于激勵電流I及磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其靈敏度與霍爾系數(shù)RH成正比，與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。 第7章 磁電式傳感器 設(shè)導(dǎo)體材料的電阻率為，則霍爾元件激勵極間電阻 R=l/(bd) 同時 R=U/I=El/I=E

19、l/(nevbd) ，引入遷移率是指載流子電子和空穴在單位電場作用下的平均漂移速度,=v/E ）。 bUEHH那么R=El/(nevbd)=vl/ (nevbd)=l/ (nebd)第7章 磁電式傳感器 RH= 從上式可知，霍爾系數(shù)從上式可知，霍爾系數(shù)RH等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率的乘積。的乘積。 若要霍爾效應(yīng)強(qiáng)，則希望有較大的霍爾系數(shù)若要霍爾效應(yīng)強(qiáng)，則希望有較大的霍爾系數(shù)RH，因此，因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。因此霍爾系數(shù)nebdlbdl那么ne1一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很

20、??；而絕緣材料電阻率極高，但載流子遷移率極低，故只有半導(dǎo)體材料才適于制造霍爾片。目前常用的霍爾元件材料有：鍺、硅、等半導(dǎo)體材料。理想的材料是砷化鉀(GaAs)的霍爾系數(shù)大，電子遷移率高，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線性度好。第7章 磁電式傳感器 圖7-10 霍爾元件a） 外形結(jié)構(gòu)示意圖；（b） 圖形符號c)實物 霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡單，它是由霍爾片、四根引線和殼體組成的， 如圖7-10a所示。 霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片， 引出四根引線： 1、 1兩根引線加激勵電壓或電流，稱激勵電極控制電極）； 2、 2引線為霍爾輸出引線， 稱霍爾電極。 霍爾元件的殼體是用非導(dǎo)磁金屬、 陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝的。

21、在電路中， 霍爾元件一般可用兩種符號表示， 如圖7-10b所示。 2. 霍爾元件基本結(jié)構(gòu)霍爾元件基本結(jié)構(gòu)第7章 磁電式傳感器 3. 霍爾元件基本特性因霍爾電勢隨激勵電流增加而線性增加，所以使用中希望選用盡可能大的激勵電流，因而需要知道元件的最大允許激勵電流。改善霍爾元件的散熱條件，也可以使激勵電流增加。 (1) 額定激勵電流和最大允許激勵電流 當(dāng)霍爾元件自身溫升10時所流過的激勵電流稱為額定激勵電流。以元件允許最大溫升為限制所對應(yīng)的激勵電流稱為最大允許激勵電流。第7章 磁電式傳感器 激勵電極間的電阻值稱為輸入電阻?；魻栯姌O輸出電勢對電路外部來說相當(dāng)于一個電壓源，其電源內(nèi)阻即兩個霍爾電勢輸出端之

22、間的電阻就是輸出電阻。 以上電阻值是在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，且環(huán)境溫度在205時所確定的。它的數(shù)值從幾十歐到幾百歐，視不同型號的元件而定； (2） 輸入電阻和輸出電阻 第7章 磁電式傳感器 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵電流下，溫度每變化1時，霍爾電勢變化的百分率稱為霍爾電勢溫度系數(shù)。它同時也是霍爾系數(shù)的溫度系數(shù)。 (3） 霍爾電勢溫度系數(shù) KH=KH0(1+T) 第7章 磁電式傳感器 當(dāng)霍爾元件的激勵電流為I時，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則它的霍爾電勢應(yīng)該為零，但實際不為零。這時測得的空載即開路霍爾電勢稱為不等位電勢，如圖7-11所示。圖7-11 不等位電勢示意圖 B=0時，UAB0 (4） 不等位電

23、勢和不等位電阻 不等位電勢也可以用不等位電阻來表示：r0=U0/I第7章 磁電式傳感器 霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上； 半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。 不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超過霍爾電勢，實際使用中要消除不等位電勢是極其困難的，因而必須采用補(bǔ)償?shù)姆椒ā．a(chǎn)生不等位電勢這一現(xiàn)象的原因有：第7章 磁電式傳感器 可以把霍爾元件等效為一個電橋，用分析電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢?？梢园鸦魻栐刃橐粋€電橋，用分析電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢。 4. 霍爾元件不等位電勢的補(bǔ)償霍爾元件不等位電勢的補(bǔ)償圖7-1

24、2 霍爾元件的電橋等效電路 其中A、 B為霍爾電極，C、 D為激勵電極，電極分布電阻分別用r1、r2、r3、r4表示，把它們看作電橋的四個橋臂。理想情況下，電極A、B處于同一等位面上， r1= r2= r3= r4 ，電橋平衡，不等位電勢U0為0。實際上，由于A、 B電極不在同一等位面上，此四個電阻阻值不相等，電橋不平衡，不等位電勢不等于零。第7章 磁電式傳感器 補(bǔ)償方法：可根據(jù)A、 B兩點電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定的電阻，使電橋達(dá)到平衡， 從而使不等位電勢為零。幾種補(bǔ)償線路：如圖7-13所示。圖a為在一個橋臂上并聯(lián)電阻，圖b）、（c相當(dāng)于在等效電橋的兩個橋臂上同時并聯(lián)電阻， 圖d

25、用于交流供電的情況。 第7章 磁電式傳感器 霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化時，霍爾元件的載流子濃度、遷移率、較大的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化時，霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化，從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化，從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。 5. 霍爾元件溫度補(bǔ)償霍爾元件溫度補(bǔ)償（1選用溫度系數(shù)小的元件或采用恒溫措施外；（2由UH=KHIB可看出：采用恒流源供電，減小由于輸入電阻隨溫度變化所引起的激勵電流I的變化的影響，可以使霍爾電勢穩(wěn)定。為了

26、減小霍爾元件的溫度誤差：第7章 磁電式傳感器 霍爾元件的靈敏系數(shù)KH也是溫度的函數(shù)，它隨溫度變化將引起霍爾電勢的變化。大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，霍爾元件的靈敏度系數(shù)與溫度的關(guān)系可寫成 KH=KH0(1+T) （7-20） 式中： KH0溫度T0時的KH值；T=T-T0溫度變化量；霍爾電勢溫度系數(shù)。 抵消靈敏系數(shù)KH溫度系數(shù)的影響的原理霍爾電勢因靈敏系數(shù)KH隨溫度升高而增加 KH0T;如果同時讓激勵電流I H相應(yīng)地減小，并能保持KH I H 乘積不變則霍爾電勢不變。第7章 磁電式傳感器 圖7-14就是一個既簡單，補(bǔ)償效果又較好的補(bǔ)償電路。電路中Is為恒流源，分流電阻Rp與霍爾元件的激勵電極

27、即輸入電阻相并聯(lián)。當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時，旁路分流電阻Rp自動地增大分流，減小了霍爾元件的激勵電流IH，從而抵消靈敏系數(shù)KH隨溫度升高而增加帶來的影響。 圖7-14 恒流溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償電路：第7章 磁電式傳感器 在圖7-14所示的溫度補(bǔ)償電路中，設(shè)初始溫度為T0，霍爾元件輸入電阻為Ri0，靈敏系數(shù)為KH0，分流電阻為Rp0，根據(jù)分流原理得 0000ipspHRRIRI（7-21） 當(dāng)溫度升至T時，電路中各參數(shù)變?yōu)?)1 ()1 (00TRRTRRppii（7-22） （7-23） 式中：霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)； 分流電阻溫度系數(shù)。 000000ipipsiHRRRRIRI第

28、7章 磁電式傳感器 那么 )1 ()1 ()1 (000TRTRITRRRIRIipspipspH（7-24） 溫度升高了T，為使霍爾電勢不變，補(bǔ)償電路必須滿足溫升前、 后的霍爾電勢不變，即UH0=UH，那么 KH0IH0B=KHIHB （7-25） 第7章 磁電式傳感器 KH=KH0(1+T) )1 ()1 ()1 (000TRTRITRRRIRIipspipspH0000ipspHRRIRI有 KH0IH0=KHIH （7-26） 第7章 磁電式傳感器 將式7-20）、（7-21）、（7-24代入上式，經(jīng)整理并略去(T)2高次項后得 00)(ipRR（7-27） 當(dāng)霍爾元件選定后，它的輸入

29、電阻Ri0和溫度系數(shù)及霍爾電勢溫度系數(shù)是確定值。由式7-27即可計算出分流電阻Rp0及所需的溫度系數(shù)值。為了滿足Rp0及兩個條件，分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合，這樣雖然麻煩但效果很好。 第7章 磁電式傳感器 1、霍爾轉(zhuǎn)速表、霍爾轉(zhuǎn)速表 在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。S SN N霍爾器件霍爾器件磁鐵磁鐵7.2.2 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用第7章 磁電式傳感器 霍爾轉(zhuǎn)速表原理 當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。平。第7章