磁電式傳感器2013

磁電式傳感器1WUWN變氣隙自感式傳感器閉磁路變磁通式傳感器永久磁鐵S能量控制型(無(wú)源)能量轉(zhuǎn)換型(有源)2磁電式傳感器霍爾式傳感器三概述一磁電感應(yīng)式傳感器二3磁電式傳感器概述一磁電式傳感器被測(cè)量電信號(hào)振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速磁電作用磁電式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器霍爾式傳感器利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的；載流半導(dǎo)體在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)(霍爾效應(yīng))而輸出電動(dòng)勢(shì)的。有源傳感器具有較大的輸出功率只應(yīng)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量4磁電式傳感器認(rèn)識(shí)磁電感應(yīng)式傳感器工作原理和結(jié)構(gòu)類(lèi)型測(cè)量電路磁電感應(yīng)式傳感器應(yīng)用舉例磁電感應(yīng)式傳感器二561、工作原理法拉第電磁感應(yīng)定律：W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)的磁通變化時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。穿過(guò)線圈的磁通量Φ的變化率線圈垂直于磁場(chǎng)方向切割磁力線線圈以角速度旋轉(zhuǎn)切割磁力線磁場(chǎng)恒定變化磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)7磁電式傳感器磁電感應(yīng)式變磁通線圈與磁鐵之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)著的被測(cè)物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路的磁阻，引起磁通量變化從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。2.基本類(lèi)型恒定磁通恒定的直流磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中的工作氣隙固定不變，因而氣隙中的磁通也是恒定不變的。線圈與磁鐵間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生與相對(duì)速度v成比例的感應(yīng)電勢(shì)e。8磁電式傳感器磁電感應(yīng)式動(dòng)圈式動(dòng)鐵式恒磁通基本類(lèi)型開(kāi)磁路變磁通閉磁路旋轉(zhuǎn)物體的角速度、轉(zhuǎn)速的測(cè)量震動(dòng)、加速度測(cè)量P316磁路方式運(yùn)動(dòng)部件P323機(jī)-電能量變換型傳感器，不需要供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍(一般為10～1000

Hz)，所以得到普遍應(yīng)用。9（1）變磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量輪5在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)度周期性地變化，因而磁路磁阻和磁通也同樣周期性地變化，則在線圈3中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其頻率f與測(cè)量輪5的轉(zhuǎn)速n(r/min)成正比，即f=n/30。1-永久磁鐵2-極掌（軟鐵）243-感應(yīng)線圈4-被測(cè)轉(zhuǎn)軸5-橢圓形測(cè)量齒輪5換成齒輪，軟鐵制成內(nèi)齒輪形式，這時(shí)輸出信號(hào)頻率f

為多少？a）閉磁路10磁電式傳感器b）開(kāi)磁路b）開(kāi)磁路：測(cè)量齒輪2安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上與其一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻的變化，從而使磁通發(fā)生變化，因而在線圈3中感應(yīng)出交變的電勢(shì)，其頻率等于齒輪的齒數(shù)Z和轉(zhuǎn)速n的乘積，即式中：Z為齒輪齒數(shù)；n為被測(cè)軸轉(zhuǎn)速(r/min)；f為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率(Hz)。這樣當(dāng)已知Z，測(cè)得f就知道n了。11磁電式傳感器開(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)的場(chǎng)合往往采用閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器。12變磁通式磁電感應(yīng)傳感器一般做成轉(zhuǎn)速傳感器，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率作為輸出，而電動(dòng)勢(shì)的頻率取決于磁通變化的頻率。變磁通式傳感器對(duì)環(huán)境要求低，能在-150℃到+90℃下工作，能在油、水霧、灰塵等條件下工作，工作頻率下限較高約50Hz，上限可達(dá)100KHz。傳感器本身有固有頻率f0，當(dāng)振動(dòng)體的頻率高于f0時(shí)，靈敏度為常數(shù)，此時(shí)輸出與n成正比，稱(chēng)為傳感器的工作頻帶。過(guò)高時(shí)，由于線圈復(fù)阻抗的增加，靈敏度下降。13磁電式傳感器變磁通式磁電感應(yīng)傳感器一般做成轉(zhuǎn)速傳感器，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率作為輸出，而電動(dòng)勢(shì)的頻率取決于磁通變化的頻率。b）開(kāi)磁路a）閉磁路14磁電式傳感器（2）恒定磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理

工作原理：當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，使永久磁鐵與線圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度。切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e結(jié)構(gòu)特點(diǎn)動(dòng)鐵式：線圈組件與傳感器殼體固定，永久磁鐵用柔軟的彈簧支撐。動(dòng)圈式：永久磁鐵與傳感器殼體固定，線圈組件用柔軟的彈簧支撐。15磁電式傳感器動(dòng)圈式永久磁鐵線圈彈簧恒磁通式：磁路系統(tǒng)恒定磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)部件可以是線圈也可以是磁鐵。恒磁通式16磁電式傳感器17磁電式傳感器3、磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路

磁電傳感器直接輸出電動(dòng)勢(shì)，靈敏度高，不需要增益放大器。只用于動(dòng)態(tài)測(cè)量，可直接測(cè)量線速度和角速度。加入積分和微分電路則可測(cè)量位移和加速度。信號(hào)輸出送測(cè)量電路接入積分電路測(cè)量位移；接入微分電路測(cè)量加速度。18磁電式傳感器積分電路輸出：微分電路輸出：

（無(wú)源、有源積分電路）（無(wú)源、有源微分電路）19磁電式傳感器

磁電感應(yīng)式振動(dòng)速度傳感器工作時(shí)，將傳感器安裝在機(jī)器上，在機(jī)器振動(dòng)時(shí)，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動(dòng)速度值。與二次儀表相配接，即可顯示振動(dòng)速度或位移量的大小。也可以輸送到其它二次儀表或交流電壓表進(jìn)行測(cè)量。4、磁電感應(yīng)式傳感器應(yīng)用舉例----振動(dòng)測(cè)量20磁電式傳感器在測(cè)振時(shí)，傳感器固定或緊壓于被測(cè)系統(tǒng)，磁鋼4與殼體2一起隨被測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)而振動(dòng)。裝在芯軸6上的線圈5和阻尼環(huán)3組成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量塊并在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。動(dòng)圈式振動(dòng)傳感器1—圓形彈簧片；2—?dú)んw；3—圓環(huán)形阻尼器；4—永久磁鐵；5—工作線圈；6—心軸；9—引線21磁電式傳感器5.1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用—振動(dòng)監(jiān)測(cè)22磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪（導(dǎo)磁體）旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過(guò)永久磁鐵兩磁極間的間隙，從而在線圈上輸出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成比例的交流電壓信號(hào)u0。第5章磁電式傳感器（2）轉(zhuǎn)速測(cè)量由于感應(yīng)電壓與磁通φ的變化率成比例，即

(W是線圈匝數(shù)）故隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，電壓幅值會(huì)減小到無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的程度。故這種傳感器不適合于低速測(cè)量。為提高低轉(zhuǎn)速的測(cè)量效果，可采用電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器。23第5章磁電式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用

24第5章磁電式傳感器霍爾式傳感器的工作原理霍爾元件構(gòu)造及測(cè)量電路霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)和補(bǔ)償電路霍爾式傳感器的應(yīng)用舉例霍爾式傳感器三25第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器

首先來(lái)看一個(gè)利用霍爾式傳感器將非電量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)變化，從而進(jìn)行測(cè)量的例子。

26第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器與電感式微壓力傳感器具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)。27電感式微壓力傳感器28磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾式傳感器：是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的一種傳感器。霍爾式傳感器的核心是霍爾元件，霍爾式傳感器是由霍爾元件及相關(guān)的測(cè)量電路共同構(gòu)成的一種測(cè)量裝置。應(yīng)用：電流、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。特點(diǎn)：體積小，外圍電路簡(jiǎn)單，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好，壽命長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。29磁電式傳感器----霍爾式傳感器1、霍爾式傳感器的工作原理（1）霍爾效應(yīng)

半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)B中，在相對(duì)兩側(cè)通以電流I，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生一個(gè)大小與電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成正比的電動(dòng)勢(shì)。這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電勢(shì)，該薄片稱(chēng)為霍爾元件?；魻栃?yīng)的實(shí)質(zhì)：是電磁學(xué)一種重要的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的微觀原因是洛侖茲力的作用，載流子（電子）在磁場(chǎng)中作定向運(yùn)動(dòng)，將受到洛侖茲力的作用，分布產(chǎn)生一定的偏離，其結(jié)果是宏觀上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。30第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾效應(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，向一側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。cdab31第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I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)EH，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。

磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況cdab磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0的情況32第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器磁感應(yīng)強(qiáng)度B較大時(shí)的情況

作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高?；魻栯妱?shì)EH可用下式表示：

EH=KHIB33第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（2）霍爾效應(yīng)原理分析霍爾效應(yīng)原理圖一塊長(zhǎng)為l、寬為b、厚為d的N型半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)(磁場(chǎng)方向垂直于薄片)中。在薄片左右兩端加電流I，垂直薄片方向加磁場(chǎng)B，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH。34第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（2）霍爾效應(yīng)原理分析電子以均勻的速度v運(yùn)動(dòng)，則在垂直方向施加的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的作用下，每個(gè)電子受到洛侖茲力N型半導(dǎo)體：FL

=evBe—電子電量(1.602×10-19C)根據(jù)左手定則，電子運(yùn)動(dòng)方向向上偏移。EH霍爾效應(yīng)原理圖在電流I作用下，半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流相反的方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)果：在上端產(chǎn)生電子積聚，下端產(chǎn)生正電荷積聚。從而形成電場(chǎng)EH（霍爾電場(chǎng)）。電場(chǎng)EH的出現(xiàn)使電子受到霍爾電場(chǎng)力的作用FE35第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（2）霍爾效應(yīng)原理分析bUEHH=電場(chǎng)強(qiáng)度同時(shí)，每個(gè)電子所受電場(chǎng)力為==bUeeEFHHE霍爾效應(yīng)原理圖FE阻止電荷繼續(xù)積累，隨著積累電荷的增加，電子受到霍爾電場(chǎng)力增大當(dāng)FL=FE時(shí)，即-eEH=evB電荷運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，積累電荷數(shù)不在增加36第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器當(dāng)電子所受洛倫茲力與霍爾電場(chǎng)作用力大小相等方向相反，即

（2）霍爾效應(yīng)原理分析=eBv

FL=evBbUeFHE=霍爾電動(dòng)勢(shì)UH=vBb霍爾效應(yīng)原理圖如何測(cè)量37第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾電勢(shì)UH與I、B的乘積成正比，而與d成反比?？筛膶?xiě)成：

—霍爾系數(shù)，由材料物理性質(zhì)決定。ρ—材料電阻率μ—載流子遷移率n—N型半導(dǎo)體中的電子濃度電流密度j=-nevkH—霍爾元件的靈敏度系數(shù)如何來(lái)的？？38當(dāng)電子所受洛倫茲力與霍爾電場(chǎng)作用力大小相等方向相反，即

（2）霍爾效應(yīng)原理分析此時(shí)電荷不再向兩側(cè)面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。39第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器金屬材料電子濃度n很高，RH很小，UH很小，絕緣材料ρ很高但μ很小。半導(dǎo)體材料電阻率ρ較大RH大，非常適于做霍爾元件

。一般電子的遷移率比空穴大，所以霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體，由上式可見(jiàn)，厚度d越小，霍爾靈敏度kH越大，所以霍爾元件做的較薄。（2）霍爾效應(yīng)原理分析P型半導(dǎo)體p—P型半導(dǎo)體中的空穴濃度40第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器結(jié)論：注意：（1）當(dāng)控制電流（或磁場(chǎng)）方向改變時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)的方向也將改變，但電流與磁場(chǎng)方向同時(shí)改變時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)方向不變；（2）當(dāng)載流材料和幾何尺寸確定后，霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。（3）如果所加磁場(chǎng)方向與半導(dǎo)體薄片的表面垂直方向的夾角為θ，則41第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾式傳感器可以檢測(cè)什么量？檢測(cè)電流或者檢測(cè)能夠引起磁場(chǎng)變化的物理量（位移、壓力、振動(dòng)）如何提高傳感器的靈敏度？減小元件厚度，采用薄的霍爾元件可以獲得更大的電勢(shì)輸出。42第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（1）構(gòu)造由霍爾片、四根引線和殼體組成?；魻柶壕匦伟雽?dǎo)體薄片；四極引線：長(zhǎng)度方向兩端面（控制電流端引線）和側(cè)邊兩端面中點(diǎn)（霍爾電勢(shì)輸出引線）殼體：非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝。

組成控制電流極霍爾電極2、霍爾元件構(gòu)造及測(cè)量電路霍爾元件是一種四端元件43第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器2、霍爾元件構(gòu)造及測(cè)量電路（1）構(gòu)造外形一種封裝的貼片式霍爾元件44第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器國(guó)產(chǎn)霍爾元件的命名方法（補(bǔ)充）45第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器

目前常用的霍爾元件材料有：鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料。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。N型硅的線性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能同N型鍺。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。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?；魻栐Ｓ貌牧希ㄑa(bǔ)充）46第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（2）測(cè)量電路

霍爾元件的外形為矩形薄片有四根引線，兩端加激勵(lì)，兩端為輸出，RL為負(fù)載電阻；電源E通過(guò)Rp控制激勵(lì)電流I；

B磁場(chǎng)與元件面垂直（向里）實(shí)測(cè)中可把I*B作輸入，也可把I或B單獨(dú)做輸入；通過(guò)霍爾電勢(shì)輸出測(cè)量結(jié)果。輸出UH與I或B成正比關(guān)系，或與I*B成正比關(guān)系。47第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器3、霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)和補(bǔ)償電路（1）額定激勵(lì)電流IH——霍爾元件溫升10℃時(shí)所施加的控制電流通過(guò)電流IH的載流體產(chǎn)生焦?fàn)枱醀1H霍爾元件的散熱W2H（主要由沒(méi)有電極的兩個(gè)側(cè)面承擔(dān)）熱平衡時(shí)△T：限定的溫升；A：散熱系數(shù)因此，當(dāng)霍爾元件做好后限制額定電流的主要因素是散熱條件。48第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器以元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流稱(chēng)為最大允許激勵(lì)電流。因霍爾電勢(shì)隨激勵(lì)電流增加而增加,所以,使用中希望選用盡可能大的激勵(lì)電流,因而需要知道元件的最大允許激勵(lì)電流。（2）、最大允許激勵(lì)電流（補(bǔ)充）49第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（3）輸入電阻Ri和輸出電阻Rs以上電阻值是在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零且環(huán)境溫度在20℃±5℃時(shí)確定的。

Ri——控制電極間的電阻RS——輸出霍爾電勢(shì)電極間的電阻50第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（4）不等位電勢(shì)不等位電勢(shì)（零位電勢(shì)）—B=0、空載霍爾電勢(shì)。不等位電阻：r0=U0/IH產(chǎn)生原因:①

霍爾電極安裝位置不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位面上;②

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;③控制電極接觸不良造成控制電流不均勻分布等（工藝決定的）。

后果：零位誤差。補(bǔ)償方法直流下測(cè)得51第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器不等位電勢(shì)補(bǔ)償?shù)姆椒ɡ硐肭闆r下,R1=R2=R3=R4,U0＝0由于不等位電阻的存在,說(shuō)明此四個(gè)電阻值不相等,則電橋不平衡。為使其達(dá)到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻，或在兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻。52第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器53第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（5）寄生直流電勢(shì)—影響霍爾元件溫漂的原因之一在外加磁場(chǎng)為零,霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí),霍爾電極輸出除了交流不等位電勢(shì)外,還有一直流電勢(shì),稱(chēng)寄生直流電勢(shì)。寄生直流電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償元件在制作安裝時(shí)，盡量做到使電極歐姆接觸，并做到均勻散熱。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。寄生直流電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因控制電極及霍爾電極接觸不良，形成非歐姆接觸，造成整流效果所致；兩個(gè)霍爾電極大小不對(duì)稱(chēng)，則兩個(gè)電極點(diǎn)的熱容量不同，散熱狀態(tài)不同，于是形成極間溫差電勢(shì)54（6）熱阻RQ

在霍爾電極開(kāi)路的情況下，霍爾元件輸入1mW的電功率時(shí)產(chǎn)生的溫升，單位為0C/mW。之所以稱(chēng)之為熱阻，是因?yàn)檫@個(gè)溫升的大小在一定條件下與電阻有關(guān)。55第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器溫度誤差補(bǔ)償霍爾元件是半導(dǎo)體元件，它的許多參數(shù)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度T變化時(shí)，載流子濃度n、遷移率μ、電阻率ρ、霍爾系數(shù)RH

都會(huì)變化。常用方法：＊選用溫度系數(shù)小的元件；＊采用恒溫措施；＊由UH=KHIB可看出：采用恒流源供電是個(gè)有效措施，可以使霍爾電勢(shì)穩(wěn)定；56第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器分流電阻法，適用于恒流源供給控制電流的情況。由UH=KHIB可見(jiàn)恒流源I供電可使UH穩(wěn)定，但靈敏度系數(shù)KH=RH/d=ρμ/d

也是溫度的函數(shù)：

Tρμ，溫度T變化時(shí)靈敏度KH也變化。多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)，TKH

，可通過(guò)減小I保持KH*I不變，抵消溫度造成KH增加的影響。57圖5-24采用分流電阻法的溫度補(bǔ)償電路退出58r0——霍爾元件的輸入電阻;R0——選用的溫補(bǔ)電阻；I00——通過(guò)的R0分流電流；IC0——控制電流；kH0——霍爾元件的靈敏系數(shù)；當(dāng)溫度由T0上升為T(mén)時(shí)，上訴個(gè)參數(shù)均發(fā)生改變：r0→

r;R0→

R;I00→

I0;IC0→

IC;kH0→

kH且有：KH=KH0(1+δΔT)

ΔT=T-T0——溫度變化量；式中：α、β、δ——分別為霍爾元件輸入電阻、分流電阻和靈敏度的溫度系數(shù)；59根據(jù)分流概念得當(dāng)溫度改變時(shí)，要保持霍爾電勢(shì)不變，則需要：即UH0=UH，則→KH0IC0B=KHICB

KH0IC0=KHIC

有

60kH0IC0=kHIC

整理上式并略去

含有(ΔT)2高次項(xiàng)后得

對(duì)于一個(gè)霍爾元件，α、δ

、r0為確定值，可由上式求解求解分流電阻R0及溫度系數(shù)β

，為滿足R和β兩個(gè)條件，此分流電阻溫度系數(shù)不同的兩種電阻實(shí)行串并聯(lián)。61第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器輸出電極串連溫度補(bǔ)償電橋溫度變化引起并聯(lián)的熱敏電阻變化，從而調(diào)節(jié)輸出電勢(shì)。熱敏電阻＊采用補(bǔ)償電路——電橋補(bǔ)償法。62第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器四、霍爾傳感器的應(yīng)用

霍爾電勢(shì)是關(guān)于I、B、

三個(gè)變量的函數(shù)，即UH=KHIBcos

。利用這個(gè)關(guān)系可以使其中兩個(gè)量不變，將第三個(gè)量作為變量，或者固定其中一個(gè)量，其余兩個(gè)量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。63第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器

（1）霍爾式微位移傳感器（2）霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器

（3）霍爾式電流傳感器

（4）霍爾式微壓力傳感器（5）霍爾式無(wú)刷電動(dòng)機(jī)（6）其他方面的應(yīng)用64第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（1）霍爾式微位移傳感器

①線位移測(cè)量霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn),它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度,有功功率及電能參數(shù)的測(cè)量,也在位移測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。圖示為一些霍爾式位移傳感器的工作原理圖。圖（a）是磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鐵,同極性相對(duì)地放置,

霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)UH也等于零,此時(shí)位移Δx=0。若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對(duì)位移,霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變,這時(shí)UH不為零,其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,其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)5mm,分辨率為0.001mm。65第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器圖（b）所示是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的霍爾位移傳感器,由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器,在Δx=0時(shí),霍爾電壓等于零。圖（c）是一個(gè)由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的磁路組成的霍爾式位移傳感器,為了獲得較好的線性分布,在磁極端面裝有極靴（磁極頭）,霍爾元件調(diào)整好初始位置時(shí),可以使霍爾電壓UH=0。這種傳感器靈敏度很高,但它所能檢測(cè)的位移量較小,適合于微位移量及振動(dòng)的測(cè)量。66第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器

②角位移測(cè)量67第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器68第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（2）霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器

在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)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信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。SN線性霍爾磁鐵N峰值個(gè)數(shù)69第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾轉(zhuǎn)速表原理

當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平。70第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器71第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器另一種轉(zhuǎn)速測(cè)量安裝方法磁性轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連,當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁性轉(zhuǎn)盤(pán)隨之轉(zhuǎn)動(dòng),固定在磁性轉(zhuǎn)盤(pán)附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖,檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù),便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤(pán)上小磁鐵數(shù)目的多少?zèng)Q定了傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率。72第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器（3）霍爾電流傳感器

將被測(cè)電流的導(dǎo)線穿過(guò)霍爾電流傳感器的檢測(cè)孔。當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周?chē)鷮a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過(guò)霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。73第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾電流傳感器演示鐵心

線性霍爾IC

UH=KHIB

II74第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器其他霍爾電流傳感器75第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器其他霍爾電流傳感器（續(xù)）76第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾鉗形電流表（交直流兩用）壓舌豁口鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開(kāi)，導(dǎo)線由此穿過(guò)77第5章磁電式傳感器----霍爾式傳感器霍爾鉗形電流表的使用被測(cè)電流的導(dǎo)線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心手指按下