各種磁電式傳感器的原理與應(yīng)用

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯各種磁電式傳感器的原理與應(yīng)用 1、磁電感應(yīng)式傳感器(1) 磁電感應(yīng)式傳感器的特點磁電感應(yīng)式傳感器簡稱感應(yīng)式傳感器，也稱電動式傳感器。它把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動勢，是一種機-電能量變換型傳感器，不需要外部供電電源，電路簡潔，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有肯定的頻率響應(yīng)范圍(一般為101000Hz)，適用于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩等測量。其中慣性式傳感器不需要靜止的基座作為參考基準，它直接安裝在振動體上進行測量，因而在地面振動測量及機載振動監(jiān)視系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但這種傳感器的尺寸和重量都較大。(2) 磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理，分類與應(yīng)用工作原理：依據(jù)電磁感

2、應(yīng)定律，N匝線圈在磁場中運動切割磁力線，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e。e的大小與穿過線圈的磁通變化率有關(guān)。按工作原理不同，磁電感應(yīng)式傳感器可分為恒定磁通式和變磁通式，即動圈式傳感器和磁阻式傳感器。恒定磁通式磁電感應(yīng)式傳感器按運動部件的不同可分為動圈式和動鐵式。動圈式磁電傳感器的中線圈是運動部件，基本形式是速度傳感器，能直接測量線速度或角速度，假如在其測量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來測量位移或加速；動鐵式磁電感應(yīng)式傳感器的運動部件是鐵芯，可用于各種振動和加速度的測量。變磁通式磁電感應(yīng)傳感器中，線圈和磁鐵都靜止不動， 轉(zhuǎn)動物體引起磁阻、磁通變化，常用來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。如動畫所示，線

3、圈3和磁鐵5靜止不動，測量齒輪1（導(dǎo)磁材料制成）每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈3產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的變化頻率等于測量齒輪1上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。變磁通式傳感器對環(huán)境條件要求不高，能在-15090的溫度下工作，不影響測量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。但它的工作頻率下限較高，約為50Hz，上限可達100Hz。2、霍爾式傳感器(1) 霍爾傳感器的特點霍爾傳感器也是一種磁電式傳感器。它是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止狀態(tài)下，具有感受磁場的獨特力量，并且具有結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、噪聲小、頻率范圍寬（從直流到微波）、動態(tài)范圍大（輸

4、出電勢變化范圍可達1000:1）、壽命長等特點，因此獲得了廣泛應(yīng)用。(2) 霍爾傳感器原理金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 霍爾效應(yīng)原理 霍爾電勢可用下式表示: 霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)對物理量的檢測，按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將很多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電

5、量來進行檢測和掌握。 (3) 霍爾傳感器的應(yīng)用維持I、q 不變，則EH=f（B），這方面的應(yīng)用有測量磁場強度的高斯計、測量轉(zhuǎn)速的霍爾轉(zhuǎn)速表、磁性產(chǎn)品計數(shù)器、霍爾式角編碼器以及基于微小位移測量原理的霍爾式加速度計、微壓力計等;維持I、B不變，則EH=f（q），這方面的應(yīng)用有角位移測量儀等。維持q 不變，則EH=f（IB），即傳感器的輸出EH與I、B的乘積成正比，這方面的應(yīng)用有模擬乘法器、霍爾式功率計等。 (4) 霍爾傳感器的選用留意事項 1磁場測量。假如要求被測磁場精度較高，如優(yōu)于0.5，那么通常選用砷化鎵霍爾元件，其靈敏度高，約為510mv/100mT.溫度誤差可 忽視不計，且材料性能好，可以

6、做的體積較小。在被測磁場精度較低，體積要求不高。如精度低于0.5時，最好選用硅和鍺雹爾元件。2電流測量。大部分霍爾元件可以用于電流測量，要求精度較高時選用砷化鎵霍爾元件，精度不高時，可選用砷化鎵、硅、鍺等霍爾元件。3轉(zhuǎn)速和脈沖測量。測量轉(zhuǎn)速和脈沖時，通常是選用集成霍爾開關(guān)和銻化銦霍爾元件。如在錄像機和攝像機中采納了銻銦霍爾元件替代電機的電刷，提高了使用壽命。4信號的運算和測量。通常利用霍爾電勢與掌握電流、被測磁場成正比，并與被測磁場同霍爾元件表面的夾角成正弦關(guān)系的特性，制造函數(shù)發(fā)生器。利用霍爾元件輸出與掌握電流和被測磁場乘積成正比的特性。制造功率表、電度表等。5拉力和壓力測量。選用霍爾件制成的傳感器較其它材料制成的陣感器靈敏度和線性度更佳。 3、磁阻效應(yīng)傳感器 磁阻元件類似霍爾元件，但它的工作原理是利用半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)(或稱高斯效應(yīng))。磁阻效應(yīng)與霍爾效應(yīng)的區(qū)分在于感應(yīng)電動勢相對于電流的方向，霍爾電勢是垂直于電流方向的橫向電壓，而磁阻效應(yīng)則是沿電流方向的電阻變化。 上圖是一種測量位移的磁阻效應(yīng)傳感器。將磁阻元件置于磁場中，當它相對于磁場發(fā)生位移時，元件內(nèi)阻R1、R2發(fā)生變化，假如將它們接于電橋