傳感器原理-速度傳感器(磁電霍爾) (2)課件

速度測(cè)量概述1、轉(zhuǎn)速測(cè)量中主要考慮的問(wèn)題1）被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的速度范圍超低速(0.10～2.00r/min)低速(0.5～500r/min)中高速(20～20000r/min)高速(500～200000r/min)超高速(500～600000r/min)全速(0.10～600000r/min)適用的測(cè)速傳感器較多2）被測(cè)物體可測(cè)點(diǎn)幾何形狀例：光軸、齒輪、葉片、帶孔、帶槽、帶銷(xiāo)、微型電機(jī)3）環(huán)境條件4）動(dòng)態(tài)/靜態(tài)時(shí)的顯示、記錄、控制5）誤差、響應(yīng)時(shí)間、輸出控制形式2、轉(zhuǎn)速測(cè)量的分類(lèi)及實(shí)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光電3霍爾4磁敏傳感器測(cè)量范圍（kHz）感應(yīng)對(duì)象檢測(cè)距離（mm）應(yīng)用場(chǎng)合磁敏傳感器0～10鐵、電工鋼0.5～1.5速度、位移磁電傳感器50～5000電工鋼0.5～1速度霍爾傳感器0～10磁鐵1～5速度、位移光電傳感器0～10自然光、紅外光1～15速度、位移接近開(kāi)關(guān)0～200Hz金屬1～5速度、位移3、轉(zhuǎn)速測(cè)量電路1）轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的基本組成：2）轉(zhuǎn)速測(cè)量基本方法定數(shù)采樣：這種方法其實(shí)是測(cè)量單個(gè)脈沖的周期或指定個(gè)數(shù)脈沖的總周期。這種測(cè)量脈沖的方法又叫做測(cè)周法。

定時(shí)采樣。這種方法其實(shí)是測(cè)量單位時(shí)間的脈沖個(gè)數(shù)。這種測(cè)量脈沖的方法又叫做測(cè)頻法。頻率→電壓轉(zhuǎn)換(f/V)頻率→轉(zhuǎn)速N=f/分頻數(shù)4、轉(zhuǎn)速傳感器的選擇原則①測(cè)量環(huán)境④價(jià)格②測(cè)量范圍⑤可靠性③系統(tǒng)功耗單位r/minr/s2、霍爾電勢(shì)UH＝KH

IB單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所能輸出的霍爾電勢(shì)的大小。單位是mV/（mA·T）

意義：與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，決定霍爾電勢(shì)的強(qiáng)弱。若磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與霍爾元件的平面法線夾角為θ時(shí)，霍耳電勢(shì)應(yīng)為：

VH＝KHIBcosθ

霍耳器件薄膜化是提高靈敏度的一個(gè)途徑?；魻栯妷篣H為：

式中n——半導(dǎo)體單位體積中的載流子數(shù)e——電子電量

KH——霍爾元件靈敏度，KH＝1/ned霍爾器件符號(hào)HABCDABCDBACDC、D：霍耳輸出端，稱為霍爾端或輸出端。A、B：電極端，稱為元件電流端、控制電流端或輸入電流端。紅色導(dǎo)線紅色導(dǎo)線綠色導(dǎo)線綠色導(dǎo)線一般為4mm×2mm×0.1mm材料：鍺、硅、砷化鎵、砷化銦、銻化銦靈敏度低、溫度特性及線性度好靈敏度最高、受溫度影響大輸入1輸入2輸出1輸出2磁性頂端引線襯底霍爾元件濺射工藝制作的銻化銦霍爾元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(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10℃溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的控制電流值(3)不等位電勢(shì)Uo和不等位電阻ro

不等位電勢(shì)：當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。不等位電勢(shì)是由霍爾電極2和之間的電阻決定的，r0稱不等位電阻

四、霍爾元件連接方式和輸出電路1、基本測(cè)量電路特點(diǎn)：（1）測(cè)量磁物理量、電量及其它物理量（2）實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，構(gòu)成各種非線性運(yùn)算部件（3）輸出信號(hào)的信噪比大（4）頻率范圍寬：直流~數(shù)百千赫茲（5）體積小、重量輕（6）穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)2、霍爾元件連接方式控制電流端并聯(lián)輸出電勢(shì)為：2倍控制電流端串聯(lián)次級(jí)繞阻疊加輸出E++++++++++----------直流供電方式：~交流供電方式：3、霍爾電勢(shì)的輸出電路四端器件輸出電勢(shì)：mV量級(jí)線性應(yīng)用：比例放大器線性度好、低噪聲放大器開(kāi)關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器靈敏度高：一般放大器（a）（b）（c）六、霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器霍爾效應(yīng)集成電路技術(shù)開(kāi)關(guān)信號(hào)磁敏傳感器集成霍爾元件和開(kāi)關(guān)型兩大類(lèi)

可分為線性型1、結(jié)構(gòu)及工作原理穩(wěn)壓材料：硅工藝：硅平面工藝提高靈敏度N型硅外延層很薄集成工藝工作原理：有磁場(chǎng)：VH，放大，整形：>開(kāi)啟閾值，高電平VT導(dǎo)通，具有吸收電流的負(fù)載能力磁場(chǎng)減弱：VH減小，放大，整形：<關(guān)閉閾值，翻轉(zhuǎn)，低電平，VT截止開(kāi)狀態(tài)關(guān)狀態(tài)KK4、磁場(chǎng)施加方式2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（1）磁鐵軸心接近式兩軸心方向重合2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（2）磁鐵側(cè)向滑近式兩平面距離不變，磁鐵軸線與傳感器平面垂直（3）采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度02.557.5100.100.080.060.040.02

2、主要技術(shù)特性-0.3-0.2–0.100.10.20.35.64.63.62.61.6

SL3501T輸出特性曲線0.040.080.120.160.200.240.280.322.52.01.51.00.50SL3501M輸出特性曲線霍爾線性集成傳感器的技術(shù)參數(shù)七、霍爾傳感器的應(yīng)用1、霍爾位移傳感器磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高磁場(chǎng)梯度越均勻，輸出線性越好測(cè)量范圍：1~2mm2、磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)xASL3501M：霍爾線性集成傳感器RP1：調(diào)整表頭量程RP2：調(diào)零C1：低通濾波測(cè)量上限：0.3T3、直流功率測(cè)量?jī)xV5、測(cè)量電流測(cè)量大直流電流（10kA）：電阻器分流霍爾元件測(cè)量電流：檢測(cè)通電導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)（1）導(dǎo)線旁測(cè)法（2）導(dǎo)線貫穿磁芯法簡(jiǎn)單、測(cè)量精度差、受外界干擾大環(huán)形鐵芯集中磁力線，提高電流測(cè)量精度6、測(cè)量表面覆蓋層厚度鐵磁性物質(zhì)非磁性涂層01235004003002001007、自動(dòng)憑票供水裝置控制電路霍爾式傳感器的應(yīng)用實(shí)例霍爾轉(zhuǎn)速測(cè)量

霍爾特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）

霍爾元件霍爾－角位移測(cè)量霍爾鉗形電流表的使用叉形鉗形表漏磁稍大，但使用方便用鉗形表測(cè)量電動(dòng)機(jī)的相電流實(shí)驗(yàn)探究1若閉合電路中有感應(yīng)電流,電路中就一定有電動(dòng)勢(shì).演示實(shí)驗(yàn)并播放動(dòng)畫(huà)畫(huà)出等效電路圖實(shí)驗(yàn)探究2：

在向線圈中插入條形磁鐵的實(shí)驗(yàn)中，磁鐵的磁場(chǎng)越強(qiáng)、插入的速度越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電流就越大。實(shí)驗(yàn):電磁感應(yīng)插磁鐵實(shí)驗(yàn)探究3:一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理B：穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度；L：導(dǎo)體有效長(zhǎng)度；V：導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度。導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)N匝線圈處于變化的磁場(chǎng)中兩種磁電式傳感器結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式。開(kāi)磁路變磁通式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。1、變磁通式閉磁路變磁通式：感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。

2、恒定磁通式2、恒定磁通式B0：工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；l：每匝線圈平均長(zhǎng)度；N：線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)；v：相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。二、磁電感應(yīng)式傳感器基本特性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輸出電壓和電壓靈敏度分別為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(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

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(zhǎng)度，以提高氣隙磁通密度B；增加ｌ和N，但它們受到體積和重量、內(nèi)電阻及工作頻率