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第十一章霍尔传感器讲述
磁悬浮原理2示意图 控制器 霍尔元件 线圈 铁心 悬浮物(磁铁) 难点:电磁铁产生的磁场与悬浮物(磁铁)产生的磁场相互耦合,互相影响,不容易稳定 为了取得比较好的效果,必须使用PID控制原理。有关内容参见自动控制原理。 N S 第3节 Hall电流传感器 - + V 导磁环 I Hall元件 R H k 直接测量时,测量电流大小、频率范围都有所限制。主要原因是: 电流增大后,磁芯可能达到饱和; 随着频率升高,磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。 这些都会对测量精度产生影响。 将霍尔器件的输出电压进行放大,再经电流放大后,让这个电流通过补偿线圈,并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反,若满足条件I0N1=I1N2,则磁芯中的磁通为0 。 ?如何解决上述问题 这个平衡过程是自动建立的,是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时,霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低(理想状态应为0),不会使磁芯饱和,也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。 采用反馈式测量原理 反馈测量原理及其优点 非常重要的内容 - + V 导磁环 I0 Hall元件 R H0 H1 I1 K 当Hall元件检测到磁场的时候,输出一个电压,从而驱动副绕组产生一个相反方向的磁场。如果放大器的增益K为无穷大,无论I1为何值,穿过Hall元件的磁场几乎为零。因此有关系: V Vh 这部分内容的分析可以参考模拟电路里的:串联稳压电源 反馈测量分析 当Hall元件检测到磁场的时候,输出一个电压,从而驱动副绕组产生一个相反方向的磁场。有关系: 反馈测量的优点及问题 优点 从前面的推导可以看出,只要放大器的放大倍数足够大,则测量结果与Hall元件的线性无关。因此利用此原理可望制作精度更高电流的探测器。另外,通过进一步分析,这种原理下的传感器有以下优点: 线性好 可工作在更大的区间 精度高 动态特性好 (可以使用控制原理调整系统的特性) 缺点 结构复杂,可能会有自激振荡,调整麻烦,造价高 零点调整 注意 - + V 导磁环 I0 R H0 H1 I1 K 经验表明,使用Hall元件进行直流电流的测量时,必须适时进行零点调整。这主要是由于Hall元件的零点电压造成的,还有测量电路的不完善也可能造成零点误差。为此,在放大器的一端引入调零电位器,以消除其影响。 V ’ Vh -V +V 钳形电流表 * (C)原来的错了,应该是图中的样子。 * 可能有错 * 磁铁背对放置。还是线性的原因是Hall元件有极性。 * /relinfo_detail.asp_Q_id_E_66 增加整体图;增加风扇图 * 霍尔传感器及反馈测量 第1节 基本问题 原 理 —霍尔系数 I —控制电流(A) B —磁感应强度(T) d—霍尔元件厚度(m) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + V2 V1 V2 V1 V2 V1 No Magnetic Field South Magnetic Field North Magnetic Field 为恒流符号 i i i 左手定则 霍尔电势 洛伦磁力与电场力平衡时达到动态平衡。 符号及基本接口电路 1、霍尔元件的基本符号 2、基本接口电路 电 流 源 Hall基本元件的输出有较强的共模电压,需要使用差动放大电路。最好是使用IA(仪器放大器)。为什么?(仪器放大器具有共模抑制比高的特点,由全差动放大器与差动放大器组成。 ) Hall 传感器级别 发展方向 单片Hall元件 一般集成Hall元件 可编程Hall 元件 霍尔器件的主要描述参数 a)额定控制电流 b)输入电阻与输出电阻 c)不等位电势和不等位电阻 d)灵敏度 e)寄生直流电势U f)霍尔电动势温度系数α g)内阻温度系数β h)热阻 线性霍尔器件THS119 Specific标称;Linearity,线性; sensitivity灵敏度 Temperature coefficient 温度系数 THS119线性元件的输出特性曲线 IC=5mA Ta=25℃ VH - B 160 120 80 40 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 .25 0.3 MAGNETIC FLUX B (T) HALL VOLTAGGE VH (mA) MAGNETIC FLUX 磁通 THS119温度漂移曲线 注意比较这两张图:一般来讲,恒流激励会有更好的温度稳定性。 思考:估计从负40度到120度两种情况的输出电压漂移。 IC=5m
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