模拟式位移检测.ppt

8 机械量测量 机械量包括：长度、位移、速度、转角、转速、力、力矩、振动等参数。其中位移和力的大小是机械量检测的主要任务。 按机械量检测原理分类：见表8-1 机械式 电气电子式 光学式 8 机械量测量 模拟式位移检测——电容式位移检测、电感式位移检测（自感、互感、电涡流）、霍尔传感器、光纤式 光学数字式位移检测——光栅标尺、莫尔条纹标尺 转速检测——离心力检测法、光电码盘转速检测法 力的检测方法——金属应变元件、半导体应变元件、压电元件、压敏导电橡胶 加速度与振动检测——加速度检测原理、动电型振动检测方法、微机械加速度传感元件 增大衔铁半径可增加灵敏度。为提高灵敏度和线性 度，多采用差动螺管式自感传感器。 霍尔式传感器是基于霍尔效应而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。 霍尔元件是霍尔传感器的核心部分，是它的敏感和转换元件，而霍尔元件是利用某些半导体材料的霍尔效应原理制成的。 霍尔式传感器可以将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 霍尔传感器可以实现非接触测量，在很多情况下，可采用永久磁铁来产生磁场，不需附加能源。广泛应用于自动控制和电磁检测等各个领域。 霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如图(a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四个引线：1、1′两根引线加 控制电流，称为控制电极； 2、2′电极用于引出霍尔电动势，称为霍尔电动势输出电极。 霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂等封装而成。 在电路中霍尔元件可用两种符号表示，如图(b)所示 霍尔电极位于基片长度的中间，其宽度远小于基片的长度。如图c所示。 霍尔元件的基本测量电路如图d所示，控制电流I由电压源供给，其大小由可变电阻调节。霍尔电动势UH加在负载电阻RL上，RL代表测量电路放大器的输入电阻。 基本工作机理是探测磁性材料，即当有一定磁场强度的磁钢靠近该传感器，便可输出一个信号；当磁钢远离传感器，输出信号消失，本传感器内部集成有两路霍尔元件。主要用于位移检测和以及旋转方向判别。适用于：工业链轮齿速度检测、链输送带的速度检测、运动停止检测、汽车检测设备、转速表、防抱死（ABS）系统、高速低成本接近开关、计数器等场所。 霍尔元件的误差主要是指不等位电势误差和温度误差 不等位电势误差 不等位电势所造成的误差很大，甚至会超过霍尔电动势。但在实际应用中消除不等位电势是很困难的，常应用桥路原理对不等位电势进行补偿。 5. 霍尔元件误差及补偿 可以把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。 理想情况下，不等位电势为零，电桥处于平衡状态 R1=R2=R3=R4 不等位电势的补偿电路 平衡电桥的方法很多，补偿不等位电势的方法也很多，上图是一种补偿电路。特点是：不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些 5. 霍尔元件误差及补偿 产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。 减少误差方法： 选用温度系数小的元件 采用恒温措施 采用恒流源供电 5. 霍尔元件误差及补偿 温度误差 恒流源温度补偿 霍尔元件的灵敏系数是温度的函数，它随温度的变化引起霍尔电势的变化，霍尔元件的灵敏系数与温度的关系 大多数霍尔元件的温度系数α是正值时，它们的霍尔电势随温度的升高而增加（1+α△t）倍。如果控制电流I相应地减小，能保持KHI不变，就抵消了灵敏系数值增加的影响 5. 霍尔元件误差及补偿 电路中用一个分流电阻R与霍尔元件的控制电极并联。当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻自动地加强分流，减少了霍尔元件的控制电流，从而达到补偿的目的。 6. 应用 1. 微位移和压力的测量 测量原理： 霍尔电势与磁感应强度成正比，若磁感应强度是位置的函数，则霍尔电势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置 应用：位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度 霍尔式微位移传感器 右图给出了霍尔式位移传感器的工作原理图。 磁场强度相同的两块永久磁铁, 同极性相对地放置, 霍尔元件处在两块磁铁的中间。由于磁铁中间的磁感应强度B=0, 因此霍尔元件输出的霍尔电势UH也等于零, 此时位移Δx=0。若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移, 霍尔元件感受到的磁感应强度也随之改变, 这时UH不为零, 其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量, 这种结构的传感器, 其动态范围可达 5