傳感器與檢測技術(shù)項(xiàng)目式教程項(xiàng)目12霍爾式位移傳感課件

項(xiàng)目12霍爾式位移傳感器的安裝與調(diào)試項(xiàng)目描述本項(xiàng)目安裝并測試一臺(tái)霍爾式測速傳感器?；魻杺鞲衅魇且环N磁敏傳感器，它是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、信息傳遞、電磁測量、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。它的最大特點(diǎn)是非接觸測量。知識(shí)和能力目標(biāo)；掌握霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)原理。熟悉集成霍爾傳感器的特性及應(yīng)用?；魻栐饕獏?shù)及誤差補(bǔ)償措施。能分析由霍爾式傳感器組成檢測系統(tǒng)的工作原理，熟練應(yīng)用霍爾式傳感器對(duì)磁場、位移、壓力等物理量的測量。知識(shí)準(zhǔn)備

一、

熟悉霍爾效應(yīng)及霍爾元件

1.霍爾效應(yīng)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場（磁場方向垂直與薄片）中，如圖7-2所示，當(dāng)有電流I通過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢UH,這種物理現(xiàn)象成為霍爾效應(yīng)。該電勢UH稱霍爾電勢。UH==KH

IB

UH==如果磁場與薄片法線夾角為

那么UH=KHIBcos

常用國產(chǎn)霍爾元件的技術(shù)參數(shù)2.霍爾元件霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡單，它由霍爾片、引線和殼體組成，(a)霍爾元件實(shí)物圖(b)結(jié)構(gòu)示意圖(c)圖形符號(hào)

3.霍爾元件測量電路(1)基本測量電路霍爾元件的基本測量電路如圖7-4所示。激勵(lì)電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來調(diào)節(jié)。

(2)霍爾元件的輸出電路4.霍爾元件主要特性參數(shù)①乘積靈敏度KH②額定激勵(lì)電流IN和最大允許激勵(lì)電流Imax③輸入電阻Ri、輸出電阻R0④不等位電勢U0和不等位電阻R0⑤寄生直流電勢UOD⑥霍爾電勢溫度系數(shù)α

5.霍爾元件的誤差補(bǔ)償(1)不等位電勢的補(bǔ)償圖12-5不等位電勢的補(bǔ)償電路

(2)溫度補(bǔ)償①恒流源供電，輸入端并聯(lián)電阻；或恒壓源供電，輸入端串聯(lián)電阻，如圖12-6、12-7所示。②合理選擇負(fù)載電阻③采用熱敏元件圖12-6輸入端并聯(lián)電阻補(bǔ)償圖12-7輸入端串聯(lián)電阻補(bǔ)償

二、集成霍爾傳感器1.線性集成霍爾傳感器(a)UGN3501外形(b)內(nèi)部框圖(c)輸出特性2.開關(guān)集成霍爾傳感器(a)UGN3020外形(b)內(nèi)部框圖(c)輸出特性項(xiàng)目實(shí)施

三、霍爾式位移傳感器的安裝與調(diào)試通過本項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)使大家進(jìn)一步了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用。本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)訓(xùn)模塊、霍爾傳感器、直流源±4V、±15V、測微頭、數(shù)顯單元。如圖12-11所示。(a)霍爾傳感器(b)霍爾傳感器實(shí)訓(xùn)模塊圖12-11需用器件與單元實(shí)訓(xùn)步驟：1.將霍爾傳感器按圖12-12安裝?；魻杺鞲衅髋c實(shí)訓(xùn)模塊的連接按圖12-13進(jìn)行。1、3為電源±4V，2、4為輸出。圖12-12霍爾傳感器安裝示意圖圖12-13霍爾傳感器位移直流激勵(lì)接線圖2.開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1（Rw3處于中間位置）使數(shù)顯表指示為零。3.旋轉(zhuǎn)測微頭向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表12-2。任務(wù)3霍爾傳感器的應(yīng)用歸納起來，霍爾傳感器有三個(gè)方面的用途：①當(dāng)控制電流不變時(shí)，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度，利用這一關(guān)系可反映位置、角度或勵(lì)磁電流的變化。②當(dāng)控制電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為變量時(shí)，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。在這方面的應(yīng)用有乘法器、功率計(jì)以及除法、倒數(shù)、開方等運(yùn)算器，此外，也可用于混頻、調(diào)制、解調(diào)等環(huán)節(jié)中，但由于霍爾元件變換頻率低，溫度影響較顯著等缺點(diǎn)，在這方面的應(yīng)用受到一定的限制，這有待于元件的材料、工藝等方面的改進(jìn)或電路上的補(bǔ)償措施。③若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關(guān)系，可以組成回轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)行器等控制裝置。項(xiàng)目拓展

四、霍爾傳感器的應(yīng)用歸納起來，霍爾傳感器有三個(gè)方面的用途：①當(dāng)控制電流不變時(shí)，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度，利用這一關(guān)系可反映位置、角度或勵(lì)磁電流的變化。②當(dāng)控制電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為變量時(shí)，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。在這方面的應(yīng)用有乘法器、功率計(jì)以及除法、倒數(shù)、開方等運(yùn)算器，此外，也可用于混頻、調(diào)制、解調(diào)等環(huán)節(jié)中，但由于霍爾元件變換頻率低，溫度影響較顯著等缺點(diǎn)，在這方面的應(yīng)用受到一定的限制，這有待于元件的材料、工藝等方面的改進(jìn)或電路上的補(bǔ)償措施。③若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關(guān)系，可以組成回轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)行器等控制裝置。1.YSH-1型霍爾壓力變送器(a)YSH-1型霍爾壓力變送器實(shí)物圖(b)YSH-1型霍爾壓力變送器的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)示意圖2．霍爾加速度傳感器

(a)加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖(b)靜態(tài)特性3．無觸點(diǎn)開關(guān)(a)按鈕放開狀態(tài)(b)按鈕按下狀態(tài)4．霍爾計(jì)數(shù)裝置

(a)計(jì)數(shù)工作示意圖(b)計(jì)數(shù)工作電路圖

5．霍爾無刷電動(dòng)機(jī)霍爾無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖五、它磁敏傳感器（一）

.磁敏電阻器1。磁阻效應(yīng)將一個(gè)載流導(dǎo)體位于外磁場中，除了會(huì)產(chǎn)生霍爾效應(yīng)以外，其電阻值也會(huì)隨著磁場而變化，這種現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，簡稱為磁阻效應(yīng)．磁阻效應(yīng)是伴隨者霍爾效應(yīng)同時(shí)發(fā)生的一種物理效應(yīng)，磁敏電阻就是利用磁阻效應(yīng)制作成的一種磁敏元件。(2)磁敏電阻的結(jié)構(gòu)圖12-19常見磁敏電阻結(jié)構(gòu)3磁敏電阻的應(yīng)用圖12-20InSb磁敏電阻無觸點(diǎn)開關(guān)圖12-21InSb磁敏無接觸角度傳感器（二）.磁敏晶體管1.磁敏二極管(1)磁敏二極管結(jié)構(gòu)(a)磁敏二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(b)磁敏二極管電路符號(hào)

(2)磁敏二極管工作原理磁敏二極管工作原理(3)溫度補(bǔ)償和提高磁靈敏度的措施磁敏二極管的特性受溫度影響較大，所以應(yīng)進(jìn)行必要的溫度補(bǔ)償。①互補(bǔ)式電路②差分式電路③熱敏電阻補(bǔ)償

(a)互補(bǔ)式電路(b)差分式電路(c)熱敏電阻補(bǔ)償3.磁敏三極管現(xiàn)以NPN型磁敏三極管為例介紹磁敏三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理。（1）磁敏三極管的結(jié)構(gòu)（2）磁敏三極管工作原理(a)無磁場作用

(b)施加正向磁場B+(c)施加反向磁場B-圖12-26磁敏三極管工作原理(3)磁敏三極管的溫度補(bǔ)償和提高靈敏度的措施(a)普通硅三極管補(bǔ)償(b)磁敏二極管對(duì)磁敏三極管的溫度補(bǔ)償(c)差分補(bǔ)償電路圖12-27磁敏三極管的溫度補(bǔ)償方法(a)雙集電極磁敏三極管(b)外磁場垂直于硅片表面結(jié)構(gòu)雙集電極磁敏三極管4.磁敏二極管和磁敏三極管的應(yīng)用(1)無觸點(diǎn)開關(guān)(2)無刷直流電機(jī)(3)測量電流無觸點(diǎn)開關(guān)電路原理圖無刷直流電機(jī)工作原理圖磁敏二極管測量電流工作原理圖項(xiàng)目小結(jié)通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)主要給大家介紹了霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)的概念、霍爾傳感器的類型、霍爾元件的不等位電勢的補(bǔ)償以及霍爾傳感器的用途。1.位于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)電流I的方向與磁場強(qiáng)度B的方向垂直時(shí)，則在載流導(dǎo)體中平行與B、I的兩側(cè)面之間將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢稱為霍爾電勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)原理制成的傳感器稱為霍爾傳感器。2.霍爾傳感器有分立元件式（簡稱霍爾元件）和集成式（簡稱霍爾集成傳感器）兩種?；魻栐苫魻柶?、引線和殼體組成；集成霍爾傳感器是將霍爾元件、放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出電路等集成在一起的一種傳感器。按照輸出信號(hào)的形式，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。3.由于在制造工藝方面的原因存在一個(gè)不等位電勢U0，從而對(duì)測量結(jié)果造成誤差。為解決這一問題，可采用具有溫度補(bǔ)償?shù)臉蚴窖a(bǔ)償電路。為了減小霍爾電勢溫度系數(shù)a，需要對(duì)基本測量電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)，常用方法有：采用恒流源提供控制電流；選擇合理的負(fù)載電阻進(jìn)行補(bǔ)償；在輸入回路或輸出回路中加入熱敏電阻進(jìn)行溫度誤差的補(bǔ)償。4.霍爾傳感器有三個(gè)方面的用途：（1）當(dāng)控制電流不變時(shí)，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度。（2）當(dāng)控制電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為變量時(shí)，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。（3）若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關(guān)系