傳感器與檢測技術(shù)(完整)課件

傳感器與檢測技術(shù)同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院控制科學(xué)與工程系主講教師：蘇永清1精選ppt課件物理現(xiàn)象觀察霍爾效應(yīng)2精選ppt課件3精選ppt課件第8章霍爾傳感器霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng),但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,開始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件,由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展?；魻杺鞲衅鲝V泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動等方面的測量?；魻栐且环N四端元件4精選ppt課件fLfEvEHdIbB定向運動的電子除受到洛侖茲力外，還受到霍爾電場的作用，當fl=fE時，達到平衡，此時霍爾系數(shù)，材料確定后為常數(shù)靈敏度系數(shù)對于導(dǎo)體，霍爾系數(shù)一般較小，故霍耳元件一般用半導(dǎo)體制作，且愈?。ū。?，靈敏度愈高5精選ppt課件

霍爾元件基本結(jié)構(gòu)由霍爾片、引線和殼體組成,如圖所示?；魻柶且粔K矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個引線。1、1′兩根引線加激勵電壓或電流，稱為激勵電極；2、2′引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極。霍爾元件殼體由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成。在電路中霍爾元件可用兩種符號表示。6精選ppt課件基本電路RW調(diào)節(jié)控制電流的大小。RL為負載電阻，可以是放大器的內(nèi)阻或指示器內(nèi)阻。霍爾效應(yīng)建立的時間極短（10-12～10-14S），I即可以是直流，也可以是交流。若被測物理量是I、B或者IB乘積的函數(shù)，通過測量霍爾電勢UH就可知道被測量的大小。7精選ppt課件二、元件特性及其補償（1）UH-I特性分析：UH-I特性曲線是線性的；kI-kH成正比∴kI∝1/d，∴kI大的元件，d小，不能通過較大電流，UH∝I不一定高，8精選ppt課件（2）UH-B特性

當控制電流恒定時，霍爾元件的輸出隨B增加并不完全是線性關(guān)系，B＜0.5T時，UH-B才呈較好線性。其中Hz-4型元件線性度高。當磁場為交變、電流是直流時，由于交變磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流而輸出附加霍爾電勢，因此霍爾元件只能在幾千Hz頻率的交變磁場內(nèi)工作。9精選ppt課件2、性能補償

（1）溫度補償霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的,因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當溫度變化時,霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化,從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。1）采用恒溫措施10精選ppt課件2）UH=KHIB：采用恒流源供電,可以使霍爾電勢穩(wěn)定（減小由于輸入電阻R隨溫度t變化而引起的激勵電流I變化所帶來的影響。）11精選ppt課件3）熱敏電阻補償霍爾元件一般具有正溫度系數(shù)，即輸出隨溫度升高而下降，若能使控制電流隨溫度升高而上升。輸入回路串熱敏電阻（當溫度上升時其阻值下降，使控制電流上升。）輸出回路補償負載上得到的霍爾電勢隨溫度上升而下降被熱敏電阻阻值減小所補償。在使用時，熱敏電阻或電阻絲最好和霍爾元件封在一起或靠近，使它們溫度變化一致。12精選ppt課件（2）不等位電勢補償當霍爾元件B=0，I≠0，UH=U0≠0。這時測得的空載霍爾電勢稱不等位電勢。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有:①霍爾電極安裝位置不對稱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；兩電極電不在同一等電位面上等電位面歪斜13精選ppt課件不等位電勢補償?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,說明此四個電阻值不相等,則電橋不平衡。為使其達到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻，或在兩個橋臂上同時并聯(lián)電阻。14精選ppt課件四、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。15精選ppt課件1、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16精選ppt課件霍爾轉(zhuǎn)速表原理當齒對準霍爾元件時，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，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。17精選ppt課件霍爾轉(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18精選ppt課件另一種轉(zhuǎn)速測量安裝方法磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連,當被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時,磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動,固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖,檢測出單位時間的脈沖數(shù),便可知被測轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目的多少決定了傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。19精選ppt課件5、霍爾式無刷電動機霍爾式無刷電動機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，維持電動機的正常運轉(zhuǎn)。由于無刷電動機不產(chǎn)生電火花及電刷磨損等問題，所以它在錄像機、CD唱機、光驅(qū)等家用電器中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

普通直流電動機使用的電刷和換向器20精選ppt課件無刷電動機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無刷直流電動機的外轉(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