《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》胡向東ch07-1

同學(xué)們好！1第七章磁敏式傳感器磁敏傳感器磁場(chǎng)電能測(cè)量原理：半導(dǎo)體材料中的自由電子及空穴隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向結(jié)構(gòu)結(jié)型體型霍爾傳感器磁敏電阻——磁敏二極管磁敏三極管——2§7-1霍爾傳感器一、霍爾效應(yīng)——霍爾元件靈敏度——霍爾電勢(shì)1、定義霍爾：1879年半導(dǎo)體32、霍爾電勢(shì)的產(chǎn)生N型半導(dǎo)體：洛侖茲力電場(chǎng)力動(dòng)態(tài)平衡P型：令霍爾系數(shù)電流4或或半導(dǎo)體絕緣體金屬材料：鍺、硅、砷化鎵、砷化銦、銻化銦靈敏度低、溫度特性及線性度好靈敏度最高、受溫度影響大輸入1輸入2輸出1輸出2磁性頂端引線襯底霍爾元件濺射工藝制作的銻化銦霍爾元件5二、霍爾元件的主要技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)（1）額定激勵(lì)電流IH——霍爾元件溫升10℃時(shí)所加的電流焦?fàn)枱嵘帷砻嫔嵯禂?shù)（2）不平衡電勢(shì)U0不等位電勢(shì)、零位電勢(shì)——IH、B=0、空載霍爾電勢(shì)原因：兩個(gè)霍爾電極不在同一等位面上材料不均勻、工藝不良6（3）輸入電阻Ri、輸出電阻R0Ri——控制電流電極間的電阻R0——輸出霍爾電勢(shì)電極間的電阻B=0歐姆表（4）霍爾電壓VH0.10.20.30.42502001501005000.10.20.30.4250200150100500（5）霍爾電壓的溫度特性負(fù)溫度特性7霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)8三、霍爾元件連接方式和輸出電路1、基本測(cè)量電路特點(diǎn)：（1）測(cè)量磁物理量、電量及其它物理量（2）實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，構(gòu)成各種非線性運(yùn)算部件（3）輸出信號(hào)的信噪比大（4）頻率范圍寬：直流~數(shù)百千赫茲（5）體積小、重量輕（6）穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)92、霍爾元件連接方式控制電流端并聯(lián)輸出電勢(shì)為：2倍控制電流端串聯(lián)次級(jí)繞阻疊加輸出E++++++++++----------直流供電方式：~交流供電方式：103、霍爾電勢(shì)的輸出電路四端器件輸出電勢(shì)：mV量級(jí)線性應(yīng)用：比例放大器線性度好、低噪聲放大器開(kāi)關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器靈敏度高：一般放大器11四、霍爾元件的測(cè)量誤差及補(bǔ)償方法1、零位誤差及補(bǔ)償半導(dǎo)體固有特性半導(dǎo)體制造工藝缺陷零位誤差溫度誤差A(yù)、B同一等位面：U0=0、電橋平衡A、B非同一等位面：U0=0、電橋不平衡電橋補(bǔ)償原理：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻12（a）（b）（c）132、溫度誤差及補(bǔ)償電阻率、遷移率、載流子濃度：T霍爾元件內(nèi)阻、霍爾電勢(shì)：T五、霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器霍爾效應(yīng)集成電路技術(shù)開(kāi)關(guān)信號(hào)磁敏傳感器141、結(jié)構(gòu)及工作原理穩(wěn)壓材料：硅工藝：硅平面工藝提高靈敏度N型硅外延層很薄集成工藝工作原理：有磁場(chǎng)：VH，放大，整形：>開(kāi)啟閾值，高電平VT導(dǎo)通，具有吸收電流的負(fù)載能力磁場(chǎng)減弱：VH減小，放大，整形：<關(guān)閉閾值，翻轉(zhuǎn)，低電平，VT截止開(kāi)狀態(tài)關(guān)狀態(tài)152、工作特性121086420——工作點(diǎn)“開(kāi)”——釋放點(diǎn)“關(guān)”——磁滯高低，開(kāi)狀態(tài)低高，關(guān)狀態(tài)3、接口電路3020T外形應(yīng)用電路16KK174、磁場(chǎng)施加方式2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（1）磁鐵軸心接近式兩軸心方向重合2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（2）磁鐵側(cè)向滑近式兩平面距離不變，磁鐵軸線與傳感器平面垂直18（3）采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度02.557.5100.100.080.060.040.02

19六、霍爾線性集成傳感器1、結(jié)構(gòu)及工作原理輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性比例關(guān)系構(gòu)成：霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓、電流放大輸出級(jí)、失調(diào)調(diào)整、線性度調(diào)整穩(wěn)壓?jiǎn)味溯敵觯篠L3501T雙端輸出：SL3501M穩(wěn)壓202、主要技術(shù)特性-0.3-0.2–0.100.10.20.35.64.63.62.61.6

SL3501T輸出特性曲線0.040.080.120.160.200.240.280.322.52.01.51.00.50SL3501M輸出特性曲線霍爾線性集成傳感器的技術(shù)參數(shù)21七、霍爾傳感器的應(yīng)用1、霍爾位移傳感器磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高磁場(chǎng)梯度越均勻，輸出線性越好測(cè)量范圍：1~2mm222、磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)xASL3501M：霍爾線性集成傳感器RP1：調(diào)整表頭量程RP2：調(diào)零C1：低通濾波測(cè)量上限：0.3T3、直流功率測(cè)量?jī)xV234、轉(zhuǎn)速測(cè)量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側(cè)245、測(cè)量電流測(cè)量大直流電流（10kA）：電阻器分流霍爾元件測(cè)量電流：檢測(cè)通電導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)（1）導(dǎo)線旁測(cè)法（2）導(dǎo)線貫穿磁芯法簡(jiǎn)單、測(cè)量精度差、受外界干擾大環(huán)形鐵芯集中磁力線，提高電流測(cè)量精度256、測(cè)量表面覆蓋層厚度鐵磁性物質(zhì)非磁性涂層0