霍爾傳感器的應(yīng)用及其原理課件

第八章：第三節(jié)霍爾傳感器的應(yīng)用

霍爾電勢是關(guān)于I、B、

三個變量的函數(shù)，即EH=KHIBcos

。利用這個關(guān)系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。12/21/20221第八章：第三節(jié)霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾特斯拉計（高斯計）

霍爾元件12/21/20222霍爾特斯拉計（高斯計）霍爾元件12/19/20222霍爾高斯計（特斯拉計）的使用

霍爾元件磁鐵12/21/20223霍爾高斯計（特斯拉計）的使用霍爾元件磁鐵12/19/202霍爾傳感器用于測量磁場強(qiáng)度

霍爾元件測量鐵心氣隙的B值12/21/20224霍爾傳感器用于測量磁場強(qiáng)度霍爾元件測量鐵心氣隙霍爾轉(zhuǎn)速表在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動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經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。SN線性霍爾磁鐵12/21/20225霍爾轉(zhuǎn)速表在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選霍爾轉(zhuǎn)速表原理

當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。12/21/20226霍爾轉(zhuǎn)速表原理當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(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12/21/20227霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法

只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號?；魻栐盆F12/21/20228霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置

采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置能較好地克服汽車合金觸點(diǎn)點(diǎn)火時間不準(zhǔn)確、觸點(diǎn)易燒壞、高速時動力不足等缺點(diǎn)。

汽車點(diǎn)火線圈高壓輸出接頭12V低壓電源輸入接頭12/21/20229霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置采用霍爾式無觸點(diǎn)電霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置工作原理

采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置無磨損、點(diǎn)火時間準(zhǔn)確、高速時動力足。桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖

1-觸發(fā)器葉片2-槽口3-分電器轉(zhuǎn)軸4-永久磁鐵

5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC）

a）帶缺口的觸發(fā)器葉片b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系c）葉片位置與點(diǎn)火正時的關(guān)系

12/21/202210霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置工作原理采用霍爾式霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置(續(xù)）

當(dāng)葉片遮擋在霍爾IC面前時，PNP型霍爾IC的輸出為低電平，晶體管功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，點(diǎn)火線圈低壓側(cè)有較大電流通過，并以磁場能量的形式儲存在點(diǎn)火線圈的鐵心中。

汽車電子點(diǎn)火電路及波形

1—點(diǎn)火開關(guān)2—達(dá)林頓晶體管功率開關(guān)3—點(diǎn)火線圈低壓側(cè)4—點(diǎn)火線圈鐵心5—點(diǎn)火線圈高壓側(cè)6—分火頭7—火花塞

a）電路b）霍爾IC及點(diǎn)火線圈高壓側(cè)輸出波形

當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，達(dá)林頓管截止，切斷點(diǎn)火線圈的低壓側(cè)電流。由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點(diǎn)火線圈鐵心中的磁場能量在高壓側(cè)感應(yīng)出30~50kV的高電壓。

12/21/202211霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置(續(xù)）當(dāng)葉片遮擋在汽車電子點(diǎn)火裝置使用的點(diǎn)火控制器、霍爾傳感器及點(diǎn)火總成磁鐵點(diǎn)火總成12/21/202212汽車電子點(diǎn)火裝置使用的霍爾式無刷電動機(jī)

霍爾式無刷電動機(jī)取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置，其輸出信號經(jīng)放大、整形后觸發(fā)電子線路，從而控制電樞電流的換向，維持電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于無刷電動機(jī)不產(chǎn)生電火花及電刷磨損等問題，所以它在錄像機(jī)、CD唱機(jī)、光驅(qū)等家用電器中得到越來越廣泛的應(yīng)用。普通直流電動機(jī)使用的電刷和換向器12/21/202213霍爾式無刷電動機(jī)霍爾式無刷電動機(jī)取消了換向器和無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用

電動自行車可充電電池組無刷電動機(jī)12/21/202214無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用電動自行車可充電電池組無刷電無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用

無刷直流電動機(jī)的外轉(zhuǎn)子采用高性能釹鐵硼稀土永磁材料；三個霍爾位置傳感器產(chǎn)生六個狀態(tài)編碼信號，控制逆變橋各功率管通斷，使三相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具有效率高、無火花、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。12/21/202215無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用無刷電動自行車的無刷電動機(jī)及控制電路去速度控制器利用PWM調(diào)速12/21/202216電動自行車的無刷電動機(jī)及控制電路去速度控制器利用PW光驅(qū)用的無刷電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)12/21/202217光驅(qū)用的無刷電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)12/19/202217霍爾式接近開關(guān)

當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動作距離時，霍爾式接近開關(guān)動作?；魻柦咏_關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。12/21/202218霍爾式接近開關(guān)當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動作霍爾式接近開關(guān)

用霍爾IC也能完成接近開關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強(qiáng)的閉合磁場。在右圖中，當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運(yùn)動部件停止移動（否則將撞壞霍爾IC）起到限位的作用。12/21/202219霍爾式接近開關(guān)用霍爾IC也能完成接近開關(guān)的功能霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演示n=60f4(r/min)軟鐵分流翼片

開關(guān)型霍爾ICT12/21/202220霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演示n=60f4(r/min)軟鐵霍爾電流傳感器將被測電流的導(dǎo)線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。當(dāng)有電流通過導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。12/21/202221霍爾電流傳感器將被測電流的導(dǎo)線穿過霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器演示鐵心線性霍爾IC

EH=KHIB

I所實(shí)現(xiàn)的多媒體界面：I12/21/202222霍爾電流傳感器演示鐵心線性霍爾ICEH=KHIBI所其他霍爾電流傳感器12/21/202223其他霍爾電流傳感器12/19/202223其他霍爾電流傳感器（續(xù)）12/21/202224其他霍爾電流傳感器（續(xù)）12/19/202224霍爾鉗形電流表（交直流兩用）壓舌豁口12/21/202225霍爾鉗形電流表（交直流兩用）壓舌豁口12/19/202225霍爾鉗形電流表演示直流200A量程被測電流的導(dǎo)線未放入鐵心時示值為零70.9A12/21/202226霍爾鉗形電流表演示直流200A量程被測電流的導(dǎo)線未放入鐵心時鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開，導(dǎo)線由此穿過霍爾鉗形電流表演示霍爾鉗形電流表演示霍爾鉗形電流表演示70.9A12/21/202227鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開，導(dǎo)線由此穿過霍爾鉗形電流表演示霍爾鉗形電流表的使用被測電流的導(dǎo)線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心手指按下此處，將鉗形表的鐵心張開將被測電流導(dǎo)線逐根夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中

將空調(diào)電源的“三芯護(hù)套線”夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中，鉗形表的示值為多少？為什么？12/21/202228霍爾鉗形電流表的使用被測電流的導(dǎo)線從此處穿入鉗形表的環(huán)形鐵心霍爾鉗形電流表的使用（續(xù)）叉形鉗形表漏磁稍大，但使用方便用鉗形表測量電動機(jī)的相電流12/21/202229霍爾鉗形電流表的使用（續(xù)）叉形鉗形表漏磁稍大，但使用方便霍爾式電流諧波分析儀

被測電流的諧波頻譜鐵心的開合縫隙

鐵心的杠桿壓舌12/21/202230霍爾式電流諧波分析儀被測電流的諧波頻譜鐵心的開合縫隙作業(yè)

p135：2、3、5、612/21/202231作業(yè)

p135：2、3、5、612/19/202231出去活動一下12/21/202232出去活動一下12/19/202232第八章：第三節(jié)霍爾傳感器的應(yīng)用

霍爾電勢是關(guān)于I、B、

三個變量的函數(shù)，即EH=KHIBcos

。利用這個關(guān)系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。12/21/202233第八章：第三節(jié)霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾特斯拉計（高斯計）

霍爾元件12/21/202234霍爾特斯拉計（高斯計）霍爾元件12/19/20222霍爾高斯計（特斯拉計）的使用

霍爾元件磁鐵12/21/202235霍爾高斯計（特斯拉計）的使用霍爾元件磁鐵12/19/202霍爾傳感器用于測量磁場強(qiáng)度

霍爾元件測量鐵心氣隙的B值12/21/202236霍爾傳感器用于測量磁場強(qiáng)度霍爾元件測量鐵心氣隙霍爾轉(zhuǎn)速表在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動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經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。SN線性霍爾磁鐵12/21/202237霍爾轉(zhuǎn)速表在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選霍爾轉(zhuǎn)速表原理

當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。12/21/202238霍爾轉(zhuǎn)速表原理當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(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12/21/202239霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法

只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號?；魻栐盆F12/21/202240霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置

采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置能較好地克服汽車合金觸點(diǎn)點(diǎn)火時間不準(zhǔn)確、觸點(diǎn)易燒壞、高速時動力不足等缺點(diǎn)。

汽車點(diǎn)火線圈高壓輸出接頭12V低壓電源輸入接頭12/21/202241霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置采用霍爾式無觸點(diǎn)電霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置工作原理

采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置無磨損、點(diǎn)火時間準(zhǔn)確、高速時動力足。桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖

1-觸發(fā)器葉片2-槽口3-分電器轉(zhuǎn)軸4-永久磁鐵

5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC）

a）帶缺口的觸發(fā)器葉片b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系c）葉片位置與點(diǎn)火正時的關(guān)系

12/21/202242霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置工作原理采用霍爾式霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置(續(xù)）

當(dāng)葉片遮擋在霍爾IC面前時，PNP型霍爾IC的輸出為低電平，晶體管功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，點(diǎn)火線圈低壓側(cè)有較大電流通過，并以磁場能量的形式儲存在點(diǎn)火線圈的鐵心中。

汽車電子點(diǎn)火電路及波形

1—點(diǎn)火開關(guān)2—達(dá)林頓晶體管功率開關(guān)3—點(diǎn)火線圈低壓側(cè)4—點(diǎn)火線圈鐵心5—點(diǎn)火線圈高壓側(cè)6—分火頭7—火花塞

a）電路b）霍爾IC及點(diǎn)火線圈高壓側(cè)輸出波形

當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，達(dá)林頓管截止，切斷點(diǎn)火線圈的低壓側(cè)電流。由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點(diǎn)火線圈鐵心中的磁場能量在高壓側(cè)感應(yīng)出30~50kV的高電壓。

12/21/202243霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置(續(xù)）當(dāng)葉片遮擋在汽車電子點(diǎn)火裝置使用的點(diǎn)火控制器、霍爾傳感器及點(diǎn)火總成磁鐵點(diǎn)火總成12/21/202244汽車電子點(diǎn)火裝置使用的霍爾式無刷電動機(jī)

霍爾式無刷電動機(jī)取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置，其輸出信號經(jīng)放大、整形后觸發(fā)電子線路，從而控制電樞電流的換向，維持電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于無刷電動機(jī)不產(chǎn)生電火花及電刷磨損等問題，所以它在錄像機(jī)、CD唱機(jī)、光驅(qū)等家用電器中得到越來越廣泛的應(yīng)用。普通直流電動機(jī)使用的電刷和換向器12/21/202245霍爾式無刷電動機(jī)霍爾式無刷電動機(jī)取消了換向器和無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用

電動自行車可充電電池組無刷電動機(jī)12/21/202246無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用電動自行車可充電電池組無刷電無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用

無刷直流電動機(jī)的外轉(zhuǎn)子采用高性能釹鐵硼稀土永磁材料；三個霍爾位置傳感器產(chǎn)生六個狀態(tài)編碼信號，控制逆變橋各功率管通斷，使三相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具有效率高、無火花、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。12/21/202247無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用無刷電動自行車的無刷電動機(jī)及控制電路去速度控制器利用PWM調(diào)速12/21/202248電動自行車的無刷電動機(jī)及控制電路去速度控制器利用PW光驅(qū)用的無刷電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)12/21/202249光驅(qū)用的無刷電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)12/19/202217霍爾式接近開關(guān)

當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動作距離時，霍爾式接近開關(guān)動作?；魻柦咏_關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。12/21/202250霍爾式接近開關(guān)當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動作霍爾式接近開關(guān)

用霍爾IC也能完成接近開關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強(qiáng)的閉合磁場。在右圖中，當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運(yùn)動部件停止移動（否則將撞壞霍爾IC）起到限位的作用。12/21/202251霍爾式接近開關(guān)用霍爾IC也能完成接近開關(guān)的功能霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演示n=60f4(r/min)軟鐵分流翼片

開關(guān)型霍爾ICT12/21/202252霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演示n=60f4(r/min)軟鐵霍爾電流傳感器將被測電流的導(dǎo)線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。當(dāng)有電流通過導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。12/21/202253霍爾電流傳感器將被測電流的導(dǎo)線穿過霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器演示鐵心線性霍爾IC

EH=KHIB

I所實(shí)現(xiàn)的多媒體界面：I12/21/202254霍爾電流傳感器演示鐵心線性霍爾ICEH=KHIBI所其他霍爾電流傳感器1