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第五章 磁电式传感器 * 原理：被测量---磁电作用---电信号 1、原理： 电磁感应定律：线圈在均衡磁场中运动 --- 感应电势 (1) 变磁通旋转型： 一、磁电感应式传感器 W-匝数 Φ-磁通量， 被测量---磁通变化---电信号 2、结构： 变磁通式，恒磁通式 分类：磁电感应式传感器、霍尔式传感器、磁栅传感器 1-永久磁铁：磁钢， 2-磁芯：导磁 3-衔铁：动铁心，旋转---感应电势 用于：测量转速、振动 (2) 变磁通平移型： (3) 恒磁通动圈式 1-永久磁铁：磁钢， 2-磁芯：导磁 3-衔铁：动铁心，旋转---感应电势 用于：测量线速度、振动 磁通恒定，线圈运动---切割磁力线---感应电势 (4) 恒磁通动铁式： 永久磁铁运动 （1）有源传感器，无需辅助电源，也称电动式、感应式 3、特点： 主要用于测量低频振动参数 4、应用： （2）输出功率大，配用电路简单，甚至可以直接输出显示 （3）零位及性能稳定，抗干扰能力强，适于矿山、冶金等行业； （4）频响差，一般频带为10~1000Hz 1 插座 2 芯轴 3 弹簧片 4 顶杆 5 限幅块 6 球铰链 7 永久磁铁 8 线圈 9 气隙 10 弹簧片 二、霍尔式传感器 1、工作原理 霍尔效应： 霍尔电势： 灵敏度： ρ—电阻率，μ—载流子迁移率 霍尔元件材料： RH--霍尔系数 ， d—霍尔片厚度 → 半导体 薄片（锗、硅） 霍尔元件形状： 磁场(B)，导体(l,b,d)，电流(I)---正交 电流：A面→B面，洛仑兹力作用， 左手定律：正电荷→C面，负电荷→D面 平衡后：两侧面形成横向电势—霍尔电势 高电阻率（ρ↑）、高迁移率（μ↑） 金属---迁移率高、电阻率低； 绝缘体---电阻率高、迁移率低； 2、霍尔元件特性 霍尔元件厚度d---越薄，灵敏度越高 --- 薄片 限制---阻抗增大，功耗增大，发热温升 长宽比(l/b)---宽度增大，载流子损失增大，霍尔电势减弱； 0.996 0.984 0.967 0.923 0.841 0.675 0.370 f(l/b) 4.0 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 l/b （1）形状效应： （2）电磁特性： 修正： f(l/b)---形状系数 激励电流---UH~I 线性关系，电流灵敏度： 磁感应强度--- UH~B 多数非线性，材料不同-特性不同 内阻---R~B 多数线性，磁阻效应，降低霍尔电势 （4）零位电势： （3）额定激励电流： 激励电流增大 --- 发热 --- 温升， 磁场B=0时，通过激励电流产生的电势---零位电势 原因---两个霍尔电极不在一个等位面上 ---- 不等位电势 材料不均匀，工艺差 补偿---电桥平衡，并联电阻 温升10℃时的激励电流 ---- 额定激励电流 （5）温度特性： （6）寄生直流电势： （7）自激场零电势： 特点：体积小，质量轻，结构简单，使用方便，集成化 3、霍尔传感器应用 激励---交流控制电流； 控制电流引线弯曲-自激场 温度---电阻率、载流子、尺寸 补偿 ---电桥，热敏电阻， 输出---交流+直流 原因---霍尔电极不对称 （2）霍尔式位移传感器： （3）霍尔式电流电压传感器： （4）霍尔式压力传感器： （5）其他： （1）霍尔式磁传感器： 霍尔电势与磁感应强度成正比--- 测量---交流、直流，磁感应强度、磁场强度， 磁场---均匀、梯度变化 霍尔电势---位置 测量---微位移，0.5mm 电流 --- 感应磁场 --- 霍尔电势 测量---交流、直流，电流、电压、 压力---弹性元件---位移---磁场---霍尔电势 测量---静态、动态压力 霍尔式方位传感器：霍尔罗盘 霍尔式转速传感器：脉冲计数 测量---交流、直流，电流、电压、 霍尔元件可以测量磁物理量及电量、还可以通 过转换测量其它非电量。 由于霍尔元件的输出量是比例于两个输入量的 乘积，因此可以方便而准确地实现乘法运算， 可构成各种非线性运算部件。 霍尔元件工作从直流到数百千赫兹的频率范围 内。 霍尔元件在工程技术上的应用相当广泛，具体产品有高斯计、霍尔罗盘、大电流计、功率计、位移传感器、乘法器、调制器等。 ①、转速测量 N S 霍尔元件 ω α（转角） VH 0 π 2π N S 霍尔元件 ω α（转角） VH 0 永磁体装在轴端的转速测量方法 永磁体装在轴侧的转速测量方法 工作原理及用途：被测体上贴一磁钢，非接触式测量，高可靠，适用于低转速，体积小、安装方便，对环境无要求，适合