传感器与检测技术（第5版）课件 第5章 电动势式传感器原理与应用.ppt

5.3.4霍尔元件误差及补偿1.不等位电势误差的补偿2.温度误差及其补偿1.不等位电势误差的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。不等位电势的补偿电路不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些2.温度误差及其补偿温度误差产生原因： 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。减小霍尔元件的温度误差选用温度系数小的元件采用恒温措施采用恒流源供电恒流源温度补偿霍尔元件的灵敏系数也是温度的函数，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。同时，让控制电流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恒流源温度补偿电路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控制电流温度升到T时，电路中各参数变为式中，δ——霍尔元件输入电阻温度系数；β——分流电阻温度系。为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足:升温前、后的霍尔电势不变，经整理，忽略高次项后得用上式即可计算出分流电阻及所需的温度系数值5.2霍尔传感器5.2.1霍尔传感器工作原理5.2.2霍尔元件的结构和基本电路5.2.3霍尔元件的主要特性参数5.2.4霍尔元件误差及补偿5.2.5霍尔式传感器的应用5.2.5霍尔式传感器的应用优点:结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长应用：电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数；自动检测系统：多用于位移、压力的测量。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、加速度产生梯度磁场的示意图位移量较小，适于测量微位移和机械振动霍尔式压力传感器弹簧管磁铁霍尔片加速度传感器2.转速的测量霍尔转速传感器结构示意图3.磁场的测量 在控制电流恒定条件下，霍尔电势大小与磁感应强度成正比，由于霍尔元件的结构特点，它特别适用于微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场参数的测量。霍尔电势是磁场方向与霍尔基片法线方向之间夹角的函数。应用：霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器Endthe5.25.3压电式传感器5.3.1压电式传感器的工作原理5.3.2等效电路及信号变换电路5.3.3压电式加速度传感器5.3.4压电式测力传感器5.3.1压电式传感器的工作原理电势型传感器以压电效应为基础 压电效应可逆“双向传感器”正压电效应 加力变形产生电荷逆压电效应 施加电场电介质产生变形应力常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。1.石英晶体的压电效应X轴：电轴或1轴；Y轴：机械轴或2轴；Z轴：光轴或3轴。“纵向压电效应”：沿电轴（X轴）方向的力作用下产生电荷“横向压电效应”：沿机械轴（Y轴）方向的力作用下产生电荷在光轴（Z轴）方向时则不产生压电效应。晶体切片当沿电轴方向加作用力Fx时，则在与电轴垂直的平面上产生电荷d11——压电系数（C/N）作用力是沿着机械轴方向电荷仍在与X轴垂直的平面切片上电荷的符号与受力方向的关系图（a）是在X轴方向受压力，图（b）是在X轴方向受拉力，图（c）是在Y轴方向受压力，图（d）是在Y轴方向受拉力。石英晶体的压电效应（a）正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象。（b）在X轴方向压缩，表面A上呈现负电荷、B表面呈现正电荷。（c）沿Y轴方向压缩，在A和B表面上分别呈现正电荷和负电荷石英晶体一种天然晶体，压电系数d11＝2.31×10－12C/N；莫氏硬度为7、熔点为1750℃、膨胀系数仅为钢的1/30。优点：转换精度高、线性范围宽、重复性好、固有频率高、动态特性好、工作温度高达550℃（压电系数不随温度变化而改变）、工作湿度高达100%、稳定性好。2.压电陶瓷的压电效应人工制造的多