传感器原理-速度传感器(磁电霍尔)讲诉.ppt

霍尔式传感器的应用实例 霍尔转速测量 霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔元件 霍尔－角位移测量 霍尔钳形电流表的使用 叉形钳形表漏磁稍大，但使用方便 用钳形表测量 电动机的相电流 实验探究1 若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势. 演示实验并播放动画 画出等效电路图 实验探究2：在向线圈中插入条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。 实验:电磁感应插磁铁 实验探究3: 一、磁电感应式传感器工作原理 B：稳恒均匀磁场磁感应强度； L：导体有效长度； V：导体相对磁场运动速度。 导体在稳恒均匀磁场中运动 N匝线圈处于变化的磁场中 两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。 开磁路变磁通式：结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。 1、变磁通式 闭磁路变磁通式：感应电势的频率与被测转速成正比。 2、恒定磁通式 2、恒定磁通式 B0：工作气隙磁感应强度； l：每匝线圈平均长度；  N：线圈在工作气隙磁场 中的匝数； v：相对运动速度。 二、 磁电感应式传感器基本特性 Rf：测量电路输入电阻； R：线圈等效电阻。 传感器的电流灵敏度为 * 速度测量概述 1、转速测量中主要考虑的问题 1）被测物体运动的速度范围 超低速(0.10～2.00r/min) 低速(0.5～500r/min) 中高速(20～20000r/min) 高速(500～200000r/min) 超高速(500～600000r/min) 全速(0.10～600000r/min) 适用的测速 传感器较多 2）被测物体可测点几何形状 例：光轴、齿轮、叶片、带孔、带槽、带销、微型电机 3）环境条件 4）动态/静态时的显示、记录、控制 5）误差、响应时间、输出控制形式 2、转速测量的分类及实现方案 根据传感器安装方式： 1接触式 2非接触式 根据传感器不同： 1磁电 2光电 3霍尔 4磁敏 速度、位移 1～15 自然光、红外光 0～10 光电传感器 速度、位移 1～5 金属 0～200Hz 接近开关 速度、位移 1～5 磁铁 0～10 霍尔传感器 速度 0.5～1 电工钢 50～5000 磁电传感器 速度、位移 0.5～1.5 铁、电工钢 0～10 磁敏传感器 应用场合 检测距离（mm） 感应对象 测量范围（kHz） 传感器 3、转速测量电路 1）转速测量仪的基本组成： 2）转速测量基本方法 定数采样：这种方法其实是测量单个脉冲的周期或指定个数脉冲的总周期。这种测量脉冲的方法又叫做测周法。 ???? 定时采样。这种方法其实是测量单位时间的脉冲个数。这种测量脉冲的方法又叫做测频法。 频率→电压转换(f/V) 频率→转速 N=f/分频数 4、转速传感器的选择原则 ①测量环境 ④价格 ②测量范围 ⑤可靠性 ③系统功耗 单位r/min r/s 一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理 在半导体薄片中通以电流I,在与薄片垂直方向加磁场B，则在半导体薄片的另外两端，产生一个大小与控制电流I和B乘积成正比的电动势，这种现象称为霍尔效应。该电势称为霍尔电势，该薄片称为霍尔元件。 1、霍尔效应 2、霍尔电势 UH＝ KH I B 单位磁感应强度和单位控制电流作用时，所能输出的霍尔电势的大小。单位是mV/（mA·T） 意义：与材料的物理性质和几何尺寸有关，决定霍尔电势的强弱。 若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹角为θ时，霍耳电势应为： VH＝ KH I B cosθ 霍耳器件薄膜化是提高灵敏度的一个途径。 霍尔电压UH为： 式中 n ——半导体单位体积中的载流子数 e ——电子电量 KH——霍尔元件灵敏度，KH＝1/ned 霍尔器件符号 H A B C D A B C D B A C D C、D：霍耳输出端，称为霍尔端或输出端。 A、B：电极端，称为元件电流端、控制电流端或 输入电流端。 红色导线 红色导线 绿色导线 绿色导线 一般为4mm×2mm×0.1mm 二．材料及结构特点 霍尔元件一般采用具有N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料制成。 1.锑化铟元件的输出较大，但受温度的影响也较大。 2.锗元件的输出虽小，但它的温度性能和线性度却比较好。 3.砷化铟元件的输出信号没有锑化铟元件大，但是受温度的影响却比锑化铟的要小，而且线性度也较好。 采用砷化铟为霍尔元件的材料得到普遍应用。 特点 小结 材料：锗 、硅、砷化镓、砷化