四速度检测.doc

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酒泉职业技术学院《信息检测与控制》学习领域教案 NO: 11 班 级 13机电、13电气 周 次 时 间 节 次 复习提问 1.归纳总结位移检测的几种传感器及其基本工作原理。 2.在实际生活中有哪些需要检测转速的例子? 学习情境 速度检测 课程内容 机床转轴的转速检测(霍尔传感器) 课时 4 学习目标 1.了解霍尔元件的结构和不同参数 2.掌握霍尔传感器的工作原理及测量转换电路 3.熟悉霍尔传感器的应用 主要内容(*重点、难点) 教学设计与组织 重点: 霍尔传感器的工作原理和应用。 难点: 霍尔传感器的测量电路。 【教学设计】 任务提出→知识准备→ 任务实施→检查评价 【教学组织】 清点人数→提问复习→提出任务→讲授知识→完成任务→检查评价→布置作业 教学地点 教学仪器设备 教学楼402;教学楼301;实训室 霍尔转速传感器、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、频率/转速表 教学及参考资料 练习与习题 《传感器与检测技术》 学习情境四 速度检测 任务一:机床转轴的转速检测(霍尔传感器) 一、任务提出 在各种车辆的运转、机械设备的运行中,都需要对转速进行检测。检测速度的方法通常有霍尔传感器测速、电涡流测速、磁电感应测速、光电测速、光电编码器数字测速和测速发电机模拟测速等。 二、知识准备 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器,将被测量(如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等)转换成电动势输出的传感器。 霍尔器件可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等,并可将这些变量进行二次变换;可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口,可实现自动检测。 霍尔式传感器结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、非接触、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成化。在测量技术、自动化技术和信息处理得到了广泛的应用。 (一)霍尔传感器的外形结构与性能 1.外形 按其原理和用途:分为物理光栅和计量光栅。 按其透射形式:分为透射式光栅和反射式光栅。 透射式光栅用光学玻璃作基体,在上面均匀的刻画出等间距、等宽度的条纹,刻画的地方为黑,不透光;没有刻画的地方为白,透光,形成连续的透光区和不透光区。 反射式光栅是用不锈钢作基体,用化学方法在其上用化学方法制作出黑白相间的条纹,形成强反光区和不反光区。 2.霍尔元件的结构和符号 (1)霍尔片 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片,在它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线,称为控制电流端引线,通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极。 在薄片的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线,通常用绿色导线,其焊接处称为霍尔电极即输出电极。 霍尔元件的壳体上是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。 (2)霍尔元件外形、符号 (二)霍尔传感器的工作原理 1.霍尔效应 1879年美国物理学霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应。 霍尔效应就是,如果对位于磁场(B)中的导体施加一个电压(V),该磁场的方向垂直于所施加电压的方向,那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(EH),人们将这个电压叫做霍尔电压,产生这种现象被称为霍尔效应。 磁感应强度B较小时的情况,作用在半导体薄片上的磁场强度B越小,霍尔电势也就越低。 UH=SHIB 其中,SH为霍尔元件的灵敏度。 2.霍尔元件产生的霍尔电压大小的决定因素 由于UH =KHIB,所以霍尔元件产生的霍尔电压主要由3个方面的因素决定: (1)电流大小 (2)磁场的强度 (3)霍尔元件的物理尺寸 3.霍尔元件 (1)锗(Ge),N型及P型均可。 (2)硅(Si),N型及P型均可。 (3)砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb),这两种材料的特性很相似。 (三)霍尔传感器的测量电路及补偿 1.霍尔传感器的测量电路 2.温度误差及补偿 霍尔元件对温度的变化很敏感,因此,霍尔元件的输入电阻、输出电阻、乘积灵敏度等将受到温度变化的影响,从而给测量带来较大的误差。 (1)选用温度系数小的元件 (2)采用恒温措施 (3)采用恒流源供电 3.零位特性及补偿 (1)零位特性 零位特性是指在无外加磁场或无控制电流的情况下,元件产生输出电压的特性。 (2)零位误差 零位误差是零位特性产生的误差。 (3)不等位电压 霍尔元件的激励电流为额定电流IN且磁感应强度为零时,所测到的空载霍尔电压UO称为不等位电压。不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电势。实用中,若想消除不等位电势是极其困难的,因而只有采用补偿的方法。 (4)不等位电阻 不等位电阻RO=UO/IN。不等位电势由不等位电阻产生,因此可以用分析电阻的方法找到一个不等位电势的补偿方法。 不对称补偿电路

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