磁電式傳感器的原理與應用

轉速傳感器是將旋轉物體的轉速轉換為電量輸出的傳感器，其常用類型有:光電式、電渦流式、磁阻式、霍爾式、電容式、接近開關式等。而磁阻式、電渦流式以及霍爾式轉速傳感器都是以電磁感應為基本原理來實現(xiàn)轉速的測量，均屬于磁電式轉速傳感器。磁電式轉速傳感器廣泛應用于工業(yè)生產中，如電力、汽車、航空、紡織和石化等領域，用來測量和監(jiān)控機械設備的轉速參量，并以此來實現(xiàn)自動化管理和控制。因此，建立科學可靠的磁電式轉速傳感器校準方法成為計量工作的一項迫切要求。本文對磁電式轉速傳感器測量原理進行了闡述。源或無源型磁電式轉速傳感器，其測量方式均為非接觸式。磁阻式、電渦流式轉速傳感器感應測量對象為帶有凸起或凹陷的磁性材料及導磁材料的被測物體，其工作原理如圖1(a)所示，前者基于磁阻效應，后者基于電渦流效應。當測速輪旋轉時，齒輪與傳感器之間的間隙產生周期性變化，磁通量也會以同樣的周期變化，從而傳感器感應出周期變化的脈沖信號?；魻柺睫D速傳感器需在旋轉物體上安裝磁體，用以改變傳感器周圍的磁場，這樣傳感器才能準確捕捉被測物體的運動狀態(tài)，其工作原理如圖1(b)所示，當傳感器通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應元件時產生霍爾電勢并將其轉換為交變電信號，由傳感器內置電路將信號調整和放大并輸出脈沖信號。

隨著被測物體的轉動，轉速傳感器輸出與旋轉速度相對應的脈沖信號(近似正弦波或矩形波)，通過計數(shù)儀表顯示測量的轉速值。

1、霍爾式傳感器(1)霍爾傳感器的特點

霍爾傳感器也是一種磁電式傳感器。它是利用霍爾元件基于霍爾效應原理而將被測量轉換成電動勢輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止狀態(tài)下，具有感受磁場的獨特能力，并且具有結構簡單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬（從直流到微波）、動態(tài)范圍大（輸出電勢變化范圍可達1000:1）、壽命長等特點，因此獲得了廣泛應用。(2)霍爾傳感器原理金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應?；魻栃砘魻栯妱菘捎孟率奖硎?

霍爾傳感器利用霍爾效應實現(xiàn)對物理量的檢測，按被檢測對象的性質可將它們的應用分為直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數(shù)、轉速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。

(3)霍爾傳感器的應用維持I、q不變，則EH=f（B），這方面的應用有測量磁場強度的高斯計、測量轉速的霍爾轉速表、磁性產品計數(shù)器、霍爾式角編碼器以及基于微小位移測量原理的霍爾式加速度計、微壓力計等;

維持I、B不變，則EH=f（q），這方面的應用有角位移測量儀等。維持q不變，則EH=f（IB），即傳感器的輸出EH與I、B的乘積成正比，這方面的應用有模擬乘法器、霍爾式功率計等。

(4)霍爾傳感器的選用注意事項

1、磁場測量。如果要求被測磁場精度較高，如優(yōu)于±0.5％，那么通常選用砷化鎵霍爾元件，其靈敏度高，約為5—10mv/100mT.溫度誤差可忽略不計，且材料性能好，可以做的體積較小。在被測磁場精度較低，體積要求不高。如精度低于±0.5％時，最好選用硅和鍺雹爾元件。

2、電流測量。大部分霍爾元件可以用于電流測量，要求精度較高時．選用砷化鎵霍爾元件，精度不高時，可選用砷化鎵、硅、鍺等霍爾元件。

3、轉速和脈沖測量。測量轉速和脈沖時，通常是選用集成霍爾開關和銻化銦霍爾元件。如在錄像機和攝像機中采用了銻銦霍爾元件替代電機的電刷，提高了使用壽命。

4、信號的運算和測量。通常利用霍爾電勢與控制電流、被測磁場成正比，并與被測磁場同霍爾元件表面的夾角成正弦關系的特性，制造函數(shù)發(fā)生器。利用霍爾元件輸出與控制電流和被測磁場乘積成正比的特性。制造功率表、電度表等。

5、拉力和壓力測量。選用霍爾件制成的傳感器較其它材料制成的陣感器靈敏度和線性度更佳。

2、磁阻效應傳感器磁阻元件類似霍爾元件，但它的工作原理是利用半導體材料的磁阻效應(或稱高斯效應)。磁阻效應與霍爾效應的區(qū)別在于感應電動勢相對于電流的方向，霍爾電勢是垂直于電流方向的橫向電壓，而磁阻效應則是沿電流方向的電阻變化。

上圖是一種測量位移的磁阻效應傳感器。將磁阻元件置于磁場中，當它相對于磁場發(fā)生位移時，元件內阻R1、R2發(fā)生變化，如果將它們