磁電式傳感器

1、第7章 磁電式傳感器 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感磁電感應(yīng)式傳感器器7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 磁電式傳感器通過電磁感應(yīng)原理將被測量（如振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩）轉(zhuǎn)換成電勢(shì)信號(hào)。7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電勢(shì)；屬于機(jī)-電能量變換型傳感器優(yōu)點(diǎn): 不需要供電電源，電路簡單， 性能穩(wěn)定，輸出阻抗小一、磁電式傳感器的工作原理二、動(dòng)圈式磁電傳感器三、磁阻式磁電傳感器四、磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器一、磁電式傳感器的工作原理一、磁電式傳感器的工作原理 法拉第電磁感應(yīng)定律：dtdkEk為比例

2、系數(shù)，E為感應(yīng)電勢(shì)，為磁通。當(dāng)E的單位為伏特（V），的單位為韋伯（Wb），t的單位為秒（s）時(shí)，k1，這時(shí)感應(yīng)電勢(shì)為： dtdE7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器 如果線圈是N匝，磁場強(qiáng)度是B，每匝線圈的平均長度la，線圈相對(duì)磁場運(yùn)動(dòng)的速度為=dx/dt。 則整個(gè)線圈中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：aaNBldtdxNBldtdNE7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器直接應(yīng)用：測定速度 在信號(hào)調(diào)節(jié)電路中接積分電路，或微分 電路，磁電式傳感器就可以用來測量位移或加速度。7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器線圈相對(duì)磁場磁通變化率是由磁場強(qiáng)度、磁路磁阻及線圈的運(yùn)動(dòng)速度決定的

3、。類型：恒磁通式和變磁通式（磁阻式）動(dòng)圈、動(dòng)鐵式二、二、 動(dòng)圈式磁電傳感器動(dòng)圈式磁電傳感器 1、 動(dòng)圈式磁電傳感器原理2、 動(dòng)圈式磁電傳感器結(jié)構(gòu)7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器1. 1. 動(dòng)圈式磁電傳感器原理動(dòng)圈式磁電傳感器原理圖5.1.1 動(dòng)圈式磁電傳感器原理圖 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器傳感器原理如果在線圈運(yùn)動(dòng)部分的磁場強(qiáng)度B是均勻的，則當(dāng)線圈與磁場的相對(duì)速度為時(shí)，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： sinaNBlE 為運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向間夾角，當(dāng)90，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：aNBlE 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器2. 2. 動(dòng)圈式磁電傳感器結(jié)構(gòu)動(dòng)圈

4、式磁電傳感器結(jié)構(gòu)磁電式傳感器構(gòu)成： 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器1、磁路系統(tǒng) 由它產(chǎn)生恒定直流磁場。為了減小傳感器的體積，一般都采用永久磁鐵；2、線圈 由它運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。作為一個(gè)完整的磁電式傳感器，除了磁路系統(tǒng)和線圈外，還有一些其它元件，如殼體、支承、阻尼器、接線裝置等。磁電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理 圖5.1.2 磁電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖1-彈簧片 2-永久磁鐵 3-阻尼器 4-引線 5-芯桿 6-外殼 7-線圈 8-彈簧片7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器基本工作原理： 該傳感器在使用時(shí)，把它與被測物體緊固在一起，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)，傳感器外殼隨

5、之振動(dòng)，此時(shí)線圈、阻尼環(huán)和芯桿的整體由于慣性而不隨之振動(dòng)，因此它們與殼體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，位于磁路氣隙間的線圈就切割磁力線，于是線圈就產(chǎn)生正比于振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)與速度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可直接測量速度，經(jīng)過積分或微分電路便可測量位移或加速度。 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器三、磁阻式磁電傳感器三、磁阻式磁電傳感器 線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測物連接而運(yùn)動(dòng)的部分是用導(dǎo)磁材料制成的，在運(yùn)動(dòng)中，它們改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁通量，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 用來測量轉(zhuǎn)速，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率作為輸出，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率取決于磁通變化的頻率。 結(jié)構(gòu)：開磁路、閉

6、磁路 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器開磁路開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器 1永久磁鐵2軟鐵3感應(yīng)線圈4齒輪 結(jié)構(gòu)比較簡單，但輸出信號(hào)較小，當(dāng)被測軸振動(dòng)較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器閉磁路閉磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器 圖5.1.4 閉磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器1 -轉(zhuǎn)軸2 -內(nèi)齒輪3a、3b -外齒輪4 -線圈5 -永久磁鐵 內(nèi)、外齒輪的齒數(shù)相同，當(dāng)轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)到被測軸上與被測圖5.1.4 閉磁路磁組式轉(zhuǎn)速傳感器軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)外齒輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使磁路氣隙發(fā)生變化，因而磁阻

7、發(fā)生變化并使貫穿于線圈的磁通量變化，在線圈中感應(yīng)出電勢(shì)。與開磁路情況相同，也可通過感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率測量轉(zhuǎn)速。 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器特點(diǎn)： 傳感器的輸出電勢(shì)取決于線圈中磁場變化速度，因而它是與被測速度成一定比例關(guān)系的。當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，輸出電勢(shì)很小，以致無法測量。所以這種傳感器有一個(gè)下限工作頻率，一般為50Hz左右，閉磁路轉(zhuǎn)速傳感器的下限頻率可降低到30Hz左右。其上限工作頻率可達(dá)100Hz。 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器四、磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性四、磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性 Vo為傳感器外殼的運(yùn)動(dòng)速度，即被測物體運(yùn)動(dòng)速度；Vm為傳感器慣性質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)速度

8、。 等效機(jī)械系統(tǒng)7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器若V(t)為慣性質(zhì)量塊相對(duì)外殼的運(yùn)動(dòng)速度dttdVmdttVKtcVdttdVm)()()()(0幅頻特性 )/(2)/(1)/()(222nnnvA2)/(1)/(2)(nnvarctg式中，式中，被測振動(dòng)的角頻率；被測振動(dòng)的角頻率；傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比 n n傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的固有角頻率傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的固有角頻率 運(yùn)動(dòng)方程7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器相頻特性磁電式速度傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線磁電式速度傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線 只有n的情況下，Av()1，相對(duì)速度V(t)的大小才可以作為

9、被測振動(dòng)速度V0(t)的量度。因此磁電式速度傳感器的頻率較低，一般為10-15Hz。 7.1 7.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾傳感器工作原理 霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路 霍爾元件的主要特性參數(shù) 霍爾元件誤差及補(bǔ)償 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾效應(yīng) 置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)。7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器一、霍爾傳感器工作原理 霍爾器件是一種磁電傳感器，其工作機(jī)理是霍爾效應(yīng)。 bBflfElIdEH圖7.2.1 霍

10、爾效應(yīng)原理圖 如圖7.2.1所示，在垂直于外磁場B的方向上放置一導(dǎo)電板，導(dǎo)電板通以電流I，方向如圖所示。7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器霍爾效應(yīng)演示 當(dāng)磁場垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)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)c cd da ab b 導(dǎo)電板中的電流使金屬中自由電子在電場作用下做定向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，每個(gè)電子受洛倫茲力fl的作用，f1的大小為 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器fl=eBv式中：e電子電荷； v電子運(yùn)動(dòng)平均速度； B磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 fl的方向在圖7.2.1中是向內(nèi)的，此時(shí)電子除了沿電流反方向作定向運(yùn)動(dòng)外，還在fl的作用下漂移

11、，結(jié)果使金屬導(dǎo)電板內(nèi)側(cè)面積累電子，而外側(cè)面積累正電荷，從而形成了附加內(nèi)電場EH， 稱霍爾電場。該電場強(qiáng)度為 bUEHH式中, UH為電位差。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾電場的出現(xiàn)，使定向運(yùn)動(dòng)的電子除了受洛倫茲力作用外，還受到霍爾電場力的作用，其力的大小為eEH，此力阻止電荷繼續(xù)積累。隨著內(nèi)、外側(cè)面積累電荷的增加，霍爾電場增大，電子受到的霍爾電場力也增大，當(dāng)電子所受洛倫磁力與霍爾電場作用力大小相等、方向相反，即 eEH=eBv EH=vB 此時(shí)電荷不再向兩側(cè)面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為n，電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度

12、為v v，則激勵(lì)電流I=nevbd，即 nebdIv 代入上兩式得 nebdIBEHnedIBUH7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 式中令RH=1/ne，稱之為霍爾系數(shù)（反映霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱），其大小取決于導(dǎo)體載流子密度, 則 IBKdIBRUHHH7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 金屬的自由電子密度太大，因而霍爾系數(shù)小，霍爾電勢(shì)也小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件。材料確定后霍爾系數(shù)為常數(shù)。式中, KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度。 由電阻率1/ne，得RH= 可見，霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾系數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制

13、成薄片形狀。 載流子的遷移率，即單位電場作用下載流子的運(yùn)動(dòng)速度。 半導(dǎo)體中電子遷移率（電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度）比空穴遷移率高，因此N型半導(dǎo)體較適合于制造靈敏度高的霍爾元件。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡單，它是由霍爾片、四根引線和殼體組成的，如圖7.2.2(a)所示?；魻柶且粔K矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四根引線：1、 1兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱激勵(lì)電極（控制電極）；2、2引線為霍爾輸出引線，稱霍爾電極?；魻栐臍んw是用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝的。在電路中，霍爾元件一般可用兩種符號(hào)表示，如圖7.2.2(b)所示。 二、霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路7.2 7.

14、2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器圖7.2.2 霍爾元件7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器(1) 額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流 額定激勵(lì)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：以元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流值。三、霍爾元件的主要特性參數(shù)7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器BIKUHH(2） 輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻：激勵(lì)電極間的電阻值稱為輸入電阻。 輸出電阻：霍爾電極輸出電勢(shì)對(duì)電路外部來說相當(dāng)于一個(gè)電壓源，其電源內(nèi)阻即為輸出電阻。 以上電阻值是在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，且環(huán)境溫度在205時(shí)所確定的。 7.2 7.2 霍爾式傳感

15、器霍爾式傳感器(3） 不等位電勢(shì)和不等位電阻 當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則它的霍爾電勢(shì)應(yīng)該為零，但實(shí)際不為零。這時(shí)測得的空載霍爾電勢(shì)稱為不等位電勢(shì)。如圖7.2.3所示。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有： 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上； 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； 激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器圖7.2.3 不等位電勢(shì)示意圖 不等位電勢(shì)也可用不等位電阻表示， 即 IUr00 由式可以看出，不等位電勢(shì)就是激勵(lì)電流流經(jīng)不等位電阻r0所產(chǎn)生的電壓。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感

16、器(4） 寄生直流電勢(shì)（霍爾元件零位誤差的一部分） 在外加磁場為零、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)，稱為寄生直流電勢(shì)。(5） 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù) 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流下，溫度每變化1時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率稱為霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)。它同時(shí)也是霍爾系數(shù)的溫度系數(shù)。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 不等位電勢(shì)與霍爾電勢(shì)具有相同的數(shù)量級(jí)，有時(shí)甚至超過霍爾電勢(shì)， 而實(shí)用中要消除不等位電勢(shì)是極其困難的，因而必須采用補(bǔ)償?shù)姆椒?。分析不等位電?shì)時(shí)，可以把霍爾元件等效為一個(gè)電橋， 用分析電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢(shì)。 四、霍爾元件誤差及補(bǔ)償7.2 7.2 霍爾式傳

17、感器霍爾式傳感器1. 1. 不等位電勢(shì)誤差的補(bǔ)償不等位電勢(shì)誤差的補(bǔ)償 圖7.2.4為霍爾元件的等效電路，其中A、 B為霍爾電極，C、 D為激勵(lì)電極，電極分布電阻分別用r1、r2、r3、r4表示，把它們看作電橋的四個(gè)橋臂。圖7.2.4 霍爾元件的等效電路 Cr1r3r2r4DAB 可以把霍爾元件視為一個(gè)四臂電阻電橋，不等位電勢(shì)就相當(dāng)于電橋的初始不平衡輸出電壓。7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 此時(shí)可根據(jù)A、B兩點(diǎn)電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定的電阻，使電橋達(dá)到平衡，從而使不等位電勢(shì)為零。幾種補(bǔ)償線路如圖7.2.5所示。RPRPRPRPR(a)(b)(c)(d)圖7.2.5 不等位

18、電勢(shì)補(bǔ)償電路 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器2. 2. 溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差及其補(bǔ)償7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器溫度誤差產(chǎn)生原因： 霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對(duì)溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。 當(dāng)溫度變化時(shí)，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾電勢(shì)、輸入電阻和輸出電阻等都要發(fā)生變化，從而使霍爾式傳感器產(chǎn)生溫度誤差。 減小霍爾元件的溫度誤差 選用溫度系數(shù)小的元件 采用恒溫措施 采用恒流源供電 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾元件的靈敏系數(shù)KH也是溫度的函數(shù)，它隨溫度變化將引起霍爾電勢(shì)的變化?；魻栐撵`敏度系數(shù)

19、與溫度的關(guān)系可寫成 KH=KH0(1+T) 式中： KH0溫度T0時(shí)的KH值； T=T-T0溫度變化量； 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)。 恒流源溫度補(bǔ)償 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，它們的霍爾電勢(shì)隨溫度升高而增加T倍。 但如果同時(shí)讓激勵(lì)電流Is相應(yīng)地減小， 并能保持KH Is 乘積不變，也就抵消了靈敏系數(shù)KH增加的影響。7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器恒流源溫度補(bǔ)償電路 IsIpRpIHUH圖7.2.6圖7.2.6就是按此思路設(shè)計(jì)的一個(gè)既簡單，補(bǔ)償效果又較好的補(bǔ)償電路。電路中Is為恒流源，分流電阻Rp與霍爾元件的激勵(lì)電極相并聯(lián)。當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫

20、度升高而增加時(shí)，旁路分流電阻Rp自動(dòng)地增大分流，減小了霍爾元件的激勵(lì)電流IH，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 在圖7.2.6所示的溫度補(bǔ)償電路中，設(shè)初始溫度為T0，霍爾元件輸入電阻為Ri0，靈敏系數(shù)為KH0，分流電阻為Rp0，根據(jù)分流概念得 0000ipspHRRIRI當(dāng)溫度升至T時(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)?)1 ()1 (00TRRTRRppii式中：霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)； 分流電阻溫度系數(shù)。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器則 )1 ()1 ()1 (000TRTRITRRRIRIipspipspH 雖然溫度升高了T，為使霍爾電勢(shì)不變，補(bǔ)償電路必須滿足

21、溫升前、后的霍爾電勢(shì)不變，即UH0=UH，則 KH0IH0B=KHIHB KH0IH0=KHIH 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器經(jīng)整理并略去(T)2高次項(xiàng)后得 00)(ipRR 當(dāng)霍爾元件選定后，它的輸入電阻Ri0和溫度系數(shù)及霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)是確定值。由上式即可計(jì)算出分流電阻Rp0及所需的溫度系數(shù)值。為了滿足Rp0及兩個(gè)條件，分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合，這樣雖然麻煩但效果很好。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器五、霍爾式傳感器的應(yīng)用7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和壽命長應(yīng)用： 電磁測量：測量恒

22、定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)； 自動(dòng)檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器1. 霍爾式微位移傳感器霍爾元件SNNSxxx霍爾元件NSx霍爾元件NSNSxxx(a)(b)(c)圖7.2.7 霍爾式位移傳感器的工作原理圖(a) 磁場強(qiáng)度相同傳感器； (b) 簡單的位移傳感器； (c) 結(jié)構(gòu)相同的位移傳感器 圖7.2.7（a）是磁場強(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x x=0。若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對(duì)位移，霍爾元件

23、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。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 圖7.2.7（b）是一種結(jié)構(gòu)簡單的霍爾位移傳感器，是由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器，在霍爾元件處于初始位置x=0時(shí)，霍爾電勢(shì)UH不等于零。 圖7.2.7（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，霍爾元件調(diào)整好初始位置時(shí)， 可以使霍爾電勢(shì)UH=0。這種傳感器靈敏度很高，但它所能檢測的位移量較小，適合于微位移量及振動(dòng)的測量。 7.2 7.

24、2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器2. 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 圖7.2.8是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器圖7.2.8 幾種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)1243(a)1243(b)12431234(c)(d)NSNSNSNSNSNSNS1輸入軸；2轉(zhuǎn)盤；3小磁鐵；4霍爾傳感器7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死

25、裝置（ABS）中的應(yīng)用 若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質(zhì)霍爾 霍爾集成元件是將霍爾元件和放大器等集成在一塊芯片上。它由霍爾元件、放大器、電壓調(diào)整電路、電流放大輸出電路、失調(diào)調(diào)整及線性度調(diào)整電路等幾部分組成，有三端T形單端輸出和八腳雙列直插型雙端輸出兩種結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是輸出電壓在一定范圍內(nèi)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系。 3. 霍爾計(jì)數(shù)裝置 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾開關(guān)傳感器SL3501具有較高靈敏度的集成霍爾元件，能感受到很小的磁場變化， 因而可對(duì)黑色金屬零件進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測。圖7.2.9是

26、對(duì)鋼球進(jìn)行計(jì)數(shù)的工作示意圖和電路圖。當(dāng)鋼球通過霍爾開關(guān)傳感器時(shí)，傳感器可輸出峰值 20 mV的脈沖電壓，該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器(A741) 放大后，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體三極管V(2N5812) 工作，V輸出端便可接計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由顯示器顯示檢測數(shù)值。 7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器鋼球絕緣板NS磁鐵霍爾開關(guān)傳感器(a)AA74112 VSL3051SR110 k22 C1R31 kR4470 kR5470 kVcc計(jì)數(shù)器V2N5812R211 k(b)圖7.2.9 霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作示意圖及電路圖7.2 7.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器8.3.2 霍爾電流變換器 圖8-14 霍爾傳感器電流變換

27、器8.3.3 利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)無接觸式仿型加工 圖8-15 無接觸式仿型加工原理示意圖8.3.4 自動(dòng)供水裝置圖8-16 自動(dòng)供水裝置8.3.5 霍爾元件在磁性材料研究中的應(yīng)用圖8-17 研究閉合材料試樣磁特性的線路框圖8.3.6非接觸式鍵盤開關(guān) 圖8-18 用霍爾開關(guān)集成傳感器構(gòu)成的按鈕 一、電流的測量一、電流的測量 圖 712 給出了霍爾元件用于測量電流時(shí)的工作原理圖。標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵心有一個(gè)缺口，用于安裝霍爾元件，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)檢測電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器就有信號(hào)輸出。若采用傳感器為UGN3501M，當(dāng)線圈為9 匝，電流為20A時(shí)，其電壓輸出約為7.4V。利用這種原理，也可制成電流過載檢測器或過載保護(hù)裝置。 五、霍爾式微壓力傳感器五、霍爾式微壓力傳感器 霍爾式微壓力傳感器的原理如圖716所示。被測壓力使彈性波紋膜盒膨脹，帶動(dòng)杠桿向上移動(dòng)，從而，使霍