磁电霍尔式改.ppt

5　　磁电式传感器 5.1　磁电感应式传感器 二、结构类型 三、测量电路 5.2 霍尔式传感器 一、霍尔效应 二、 霍尔元件基本结构 三、 霍尔元件基本特性 四、温度特性及补偿 六、霍尔传感器应用 1、位移测量 作业： 5.2 * 磁电感应式是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器 根据电磁感应定律，当N匝线圈在均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，产生的感应电势大小决定于穿过线圈的磁通量Φ的变化率。 一、磁电感应式传感器工作原理 1、恒磁通式传感器（动圈式图a、动铁式图b） 在这类磁电式传感器中，工作气隙中的磁通保持不变，而线圈中的感应电动势是由于工作气隙中的线圈与磁钢之间作相对运动，线圈切割磁力线产生的。其值与相对运动速度成正比。当线圈相对于磁场方向作直线运动或旋转运动时，所产生的感应电动势e为： e=－NBlv l为每匝线圈的平均长度 B为线圈所在磁场的磁感应强度 S为每匝线圈的平均截面积 在传感器结构参数确定后，B、l、N、S均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度v成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度。由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。 2、变磁通式(开磁路式图a ，闭磁路式图b) 产生磁场的永久磁铁和线圈固定不动，而是通过磁通的变化产生感应电动势。常用来测量旋转物体的角速度。 之前学过的传感器可以通过改变或增加敏感元件的方法测量更多的物理参数： 1、电阻式传感器： 基本测量量①：位移?力?加速度 基本测量量②：形变?力?加速度 2、电感式传感器： 基本测量量：位移?力?加速度 3、电容式传感器： 基本测量量：位移?力?加速度 思考：如何让磁电式传感器可以测量振动、位移(静态) 、加速度(静态) ？ ?振动 ?振动 磁电感应式传感器直接输出感应电势。所以任何具有一定工作频带的电压表或示波器都可采用。并且由于该传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要增益放大器。但磁电感应式传感器是速度传感器，如要获取位移或加速度信号，就需配用积分电路或微分电路 四、感应式传感器的应用 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家爱德文·霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应, 但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展, 开始用半导体材料制成霍尔元件, 由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。 按照霍尔器件的功能可分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。 在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，产生的电势差称为霍尔电压。 FL＝evB e为载流子电荷量； v为载流子的运动速度； B为磁感应强度 以N型半导体为例，导电的载流子是电子。在垂直方向的磁场作用下，电子受到洛仑兹力 FL作用，其方向用右手定则判断。 在洛仑兹力的作用下，电子向一侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，另一侧则形成正电荷的积累。这样，这两端面因电荷积累而建立了一个电场Eh，称为霍尔电场。该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有 eEh＝evB 由上可推得： RH为霍尔系数，它反映材料霍尔效应的强弱。 kH为霍尔灵敏度，它表示霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小。 由上式可见： 1）霍尔电压UH与材料的性质有关。 材料的载流子浓度小，RH就大。金属的载流子浓度很大，所以产生的霍尔电势UH就极小，故不宜做成元件。在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的大，即μnμp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。 2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。 d愈小，kH愈大，霍尔灵敏度愈高，所以霍尔元件的厚度都比较薄，但d太小，会使元件的输入、输出电阻增加。 3）霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。所以，它可以用于感应磁场强度和电流大小。 RH＝μρ 载流体的电阻率ρ、载流子迁移率μ(迁移率，是指在单位电场强度作用下，载流子