第07章+磁电式传感器剖析.ppt

若线圈作旋转运动，它的工作方式类似于一只发电机，线圈在磁场中转动的感应电势为： 其中B为磁感应强度，A为每匝线圈的平均截面积。 当结构参数B、l、A、W确定后，那么感应电动势就只是 的函数，且成正比，故可用来测振动和转速。 三、磁电式传感器测量电路 被测转轴1带动椭圆形铁芯2在磁场气隙中作周期性转动，使气隙平均长度发生周期性变化，磁路的磁阻也发生周期性变化，磁通发生变化，故线圈3中感应电动势的频率正比于2的转速。 特点： 传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度，因而它是与被测速度成一定比例关系的。当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。所以这种传感器有一个下限工作频率，一般为50Hz左右，闭磁路转速传感器的下限频率可降低到30Hz左右。其上限工作频率可达100Hz。 电磁流量计 工作原理 第二节 霍尔传感器 一、霍尔效应 一、霍尔效应 如果磁场与霍尔元件的法线有的夹角，则 金属材料中自由电子浓度n很高，因此很RH小，使输出UH很小，不宜作霍尔元件。霍尔式传感器中的霍尔元件都是用半导体材料制成。 二、霍尔元件的结构与特性 霍尔元件测量误差及补偿 三、霍尔元件测量误差和补偿 寄生直流电势 当不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，交流电流有效值为 ，霍尔电极间的空载电势为直流和交流电势之和，其中交流电势与前述的零位电势相对应，而直流电势是个寄生量，叫寄生直流电势V。 产生寄生直流电势V的原因有： 1 控制电极及霍尔电极的接触不良，形成非欧姆接触，形成整流效果所致； 2 两个霍尔电极大小不对称，造成连个电极点的热容量不同，散热状态不同，于是形成极间温差电势，表现为直流寄生电势中的一部分。 感应零电势：霍尔元件在交变磁场中，即使不加控制电流，霍尔端也有电势输出。即感应零电势。 产生原因：霍尔电极的阴线布置不合理。大小正比于磁场变化频率。（注：补偿方法） 自激场零电势 测量电路 1）霍尔元件的基本测量电路 2）霍尔元件的连接方式 为了获得较大的霍尔电势输出，除基本测量电路外，可采用几片霍尔元件叠加的连接方式，如图所示。 （a）为直流供电情况，控制电流端并联，由W1和W2调节两个电位器元件的输出霍尔电势，A、B为输出端，输出电势为单块霍尔元件的2倍。 （b）为交流供电情况，控制电流端串联，各元件输出端接输出变压器的初级绕组，变压器B的次级便有霍尔电势信号的叠加值输出。 3）霍尔电势的输出电路 霍尔元件是一种四端器件，输出电势一般在毫伏量级，实际使用中必须加差分放大器。霍尔元件可分为线性测量和开关状态两种使用方式，输出电路有两种结构 图（a）为线性应用，后接比例放大器，图（b）为开关应用，后接射极跟随器。 当用霍尔元件作线性测量时，应选稳定性和线性度好、灵敏度低一点的霍尔元件 。 霍尔式传感器的应用 优点: 结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长 应用： 电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数； 自动检测系统：多用于位移、压力的测量。 1、霍尔元件检测磁场 2、霍尔式位移传感器 3、霍尔式压力传感器 4、霍尔式转速传感器 2. 磁场的测量 在控制电流恒定条件下，霍尔电势大小与磁感应强度成正比，由于霍尔元件的结构特点，它特别适用于微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场参数的测量。 一、磁敏电阻式传感器（一）磁阻效应 （二）形状效应 磁阻元件是利用半导体的磁阻效应和形状效应研制而成。 (1)长方形磁阻元件 (2)科尔宾元件 在园盘形元件得外圆周边和中心处，装上电流电 极，将具有这种结构的磁阻元件称为科尔宾元件。 (3)平面电极元件 为了加大磁阻效应就要使电阻变大。从原理上讲，如果把 L/b比值小的元件多个串连，就能解决问题，尽管这样的结构 较好，但是制作困难，不能实用。 (4) InSb－NiSb共晶磁阻元件 在InSb的晶体中掺杂NiSb，在结晶过程中会析出沿 着一定方向排列得细长的NiSb针状晶体。 针状晶体导电性能良好，其直径为1μm，长度为 100μm，相当于几何形状效应。它是几何形状长宽比 L/b＝0.2的扁条状磁阻元件的串连元件。 未掺杂的InSb－NiSb磁阻元件叫D型， 掺杂的InSb－NiSb磁阻元件叫L、N型 掺杂磁阻元件灵敏度下降，但从温度关系曲线上将会发现， 其温度特性得到了改善。 （5）曲折形磁阻元件 （a）所示的单个曲折形结构 （b）是用两个曲折元件组成一个差动式元件，其优点是可将磁阻元件阻值在无磁场情况做到数百欧甚至数千欧。 （6）磁阻元件的温度补偿 图中RM为磁阻元件，r1、r2为温度补偿元件。 磁阻元件的应用