第7章磁敏式傳感器ppt課件

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系第7章磁敏式傳感器傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系第 7章 磁敏式傳感器 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 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器 磁電感應(yīng)式傳感器又稱磁電式傳感器， 是利用電磁感應(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)量的電信號(hào)，是一種有源傳感器。 由于它輸出功率大， 且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬101000 Hz），所以得到

2、普遍應(yīng)用。 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.1.1工作原理根據(jù)電磁感應(yīng)定律， 當(dāng)導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)中，沿垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為 deNdt eNBLv eNBSw 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系恒磁通式傳感器恒磁通式傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系 工作原理：工作原理：磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，磁路中的工作磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，磁路中的工作氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。 其運(yùn)動(dòng)部件可以是線圈動(dòng)圈式），也可以是磁鐵其運(yùn)動(dòng)部件可

3、以是線圈動(dòng)圈式），也可以是磁鐵動(dòng)鐵式），動(dòng)圈式圖動(dòng)鐵式），動(dòng)圈式圖a）和動(dòng)鐵式圖）和動(dòng)鐵式圖 (b)）的工作原理是完全相同的。的工作原理是完全相同的。 當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈簧較軟，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大，起振動(dòng)時(shí)，由于彈簧較軟，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大， 當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率時(shí)，當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件慣性很大，來不及隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件慣性很大，來不及隨振動(dòng)體一起振動(dòng)， 近近乎靜止不動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁乎靜止不動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收，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)速鐵與線圈之間

4、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，度，磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線， 從而產(chǎn)生從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)。 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系變磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)圖(a) 開磁路； (b) 閉磁路 變磁通式磁電傳感器傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系 圖a為開磁路變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動(dòng)， 測(cè)量齒輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨被測(cè)體一起轉(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，磁通也就變化一次， 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其變化頻率等于被測(cè)轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪上齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，且因高速

5、軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系 圖 (b)為閉磁路變磁通式傳感器，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(cè)轉(zhuǎn)軸上時(shí)，外齒輪不動(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，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)電動(dòng)勢(shì)。 顯然， 感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.1.2 磁電感應(yīng)式傳感器基本特性磁電感應(yīng)式傳感器基本特性 當(dāng)測(cè)量電路接入磁電傳感器電路時(shí)，磁電傳感器的輸出電當(dāng)測(cè)量電

6、路接入磁電傳感器電路時(shí)，磁電傳感器的輸出電流流Io為為 式中： Rf測(cè)量電路輸入電阻； R線圈等效電阻。 傳感器的電流靈敏度為 0=ffENBLvIRRRR 0IfINBLSvRR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為 00fffNBLvRUI RRR0fUfNBLRUSvRRB值大，靈敏度也大，因此要選用B值大的永磁材料；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：線圈電阻與指示器電阻匹配問題如下圖，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。線圈的發(fā)熱問題傳感器線圈

7、產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，接上負(fù)載后，線圈中有電流流過而發(fā)熱。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系測(cè)量誤差測(cè)量誤差 n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，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差，其相對(duì)誤差為RdRldlBdBSdSII傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系非線性誤差非線性誤差 n主要原因：當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，傳感器線圈會(huì)有電流流過，這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生一定的交變磁通，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)致氣隙磁通變化。n這種影響分為兩種情況 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系溫度誤

8、差溫度誤差 011122(1)(1)(1)(1)EtIRtRtRt 000100%III 溫度誤差補(bǔ)償辦法：在結(jié)構(gòu)允許的情況下，在傳感器的磁鐵下設(shè)置熱磁分路，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 n當(dāng)被測(cè)物振動(dòng)頻率低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器的靈敏度是隨振動(dòng)頻率的升高而明顯增加的；n當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率時(shí)，傳感器的靈敏度接近為一個(gè)常數(shù)，它基本上不隨頻率變化，即在這一頻率范圍內(nèi)，傳感器的輸出電壓與振動(dòng)速度成正比關(guān)系，這一頻段就是傳感器的理想工作頻段；n在振動(dòng)頻率更高過大的情況下，線圈阻抗增加，傳感器靈敏度會(huì)隨著振動(dòng)頻率的增加反而下降

9、。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.1.2 測(cè)量電路傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用n磁電感應(yīng)式振動(dòng)速度傳感器 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系磁電感應(yīng)式扭矩傳感器磁電感應(yīng)式扭矩傳感器傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系電磁流量計(jì)EBDv244VDDEqvK EB傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.2 霍爾式傳感器n當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。n霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)被稱為霍爾電勢(shì)。

10、n霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫茲力作用的結(jié)果。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系霍爾元件傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系霍爾元件基本特性霍爾元件基本特性 n線性特性與開關(guān)特性n不等位電阻n負(fù)載特性 n溫度特性 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系霍爾元件的零位誤差及補(bǔ)償霍爾元件的零位誤差及補(bǔ)償 n不等位電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系n寄生直流電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償n元件在制作安裝時(shí)，盡量做到使電極歐姆接觸，并做到均勻散熱。n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。傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系霍爾元件的溫度誤差及其補(bǔ)償霍爾元件的溫度誤差及其補(bǔ)償0(1)HHKKT0000IPPHRRIRI)1 (0TRRII)1 (0TRRPP)1 ()1 ()1 (000TRTRITRRRIRIPIPPIPHHHHHIKIK0000)(IPRR傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)工學(xué)院電子系工學(xué)院電子系7.2.2 測(cè)