磁電式傳感器課件

同學們好！1磁電式傳感器1磁敏式傳感器2第七章磁傳感器2一、工作原理根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當w

匝線圈在恒定磁場內(nèi)運動時，設(shè)穿過線圈的磁通為Φ，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢e與磁通變化率dΦ/dt有如下關(guān)系：根據(jù)這一原理，可設(shè)計成兩種結(jié)構(gòu)：磁電式傳感器13恒磁通式磁電傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖5（二）變磁通式磁電式傳感器（磁阻式）線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測物連接而運動的部分是用導磁材料制成的，在運動中，它們改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁通量，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。1－永久磁鐵2－軟鐵3－感應(yīng)線圈4－齒輪6磁電式傳感器1磁敏式傳感器2第七章磁傳感器7一、霍爾傳感器（一）霍爾效應(yīng)1.定義霍爾：1879年半導體9UHbldIFLFEvB2.霍爾電勢的產(chǎn)生洛侖茲力電場力動態(tài)平衡10UHbldIFLFEvB動態(tài)平衡電流11（二）霍爾元件基于霍爾效應(yīng)工作的半導體器件稱為霍爾元件?；魻栐苫魻柶?、四根引線和殼體組成輸入引線：激勵電極輸出引線：霍爾電極CDAB13霍爾元件的主要技術(shù)指標材料：鍺、硅、砷化鎵、砷化銦、銻化銦141.霍爾元件的電磁特性(1)霍爾輸出電勢與控制電流之間的關(guān)系(2)霍爾輸出電勢與磁場之間的關(guān)系(3)霍爾元件的輸入Ri或輸出電阻R0與磁場之間的關(guān)系Ri——控制電流電極間的電阻R0——輸出霍爾電勢電極間的電阻15（2）霍爾電勢的輸出電路線性測量：比例放大器線性度好、低噪聲放大器開關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器靈敏度高，一般放大器173.霍爾元件的誤差及其補償霍爾元件在加控制電流但不加外磁場時出現(xiàn)的霍爾電勢稱為零位誤差。不等位電勢原因：

兩個霍爾電極不在同一等位面上；

材料不均勻。半導體固有特性半導體制造工藝缺陷零位誤差溫度誤差(1)零位誤差及補償18（a）（b）（c）電橋補償方法19②利用輸出回路的負載進行補償霍爾元件的輸出電阻隨溫度而改變只要補償電阻選擇適當，就可達到溫度補償?shù)哪康摹?1E1w3E2w1w2R2R3R4R1RtUH③實際補償電路溫度補償電橋W1的作用22霍爾元件測量線路集成霍爾傳感器（三）集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高等優(yōu)點。23穩(wěn)壓工作原理：有磁場：UH>開啟閾值，高電平，VT導通磁場減弱：UH<斷開閾值，低電平，VT截止開狀態(tài)關(guān)狀態(tài)121086420工作特性——工作點“開”——釋放點“關(guān)”——磁滯高低，開狀態(tài)低高，關(guān)狀態(tài)25輸出電壓與外加磁場強度呈線性比例關(guān)系。結(jié)構(gòu)：霍爾元件、差分放大器、穩(wěn)壓、電流放大輸出級。穩(wěn)壓單端輸出：SL3501T2.線性集成霍爾傳感器廣泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁場、電流等的測量或控制。261.霍爾位移傳感器磁場梯度越大，靈敏度越高磁場梯度越均勻，輸出線性越好測量范圍：1～2mm（四）霍爾傳感器的應(yīng)用274.轉(zhuǎn)速測量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側(cè)295.測量電流測量大直流電流（10kA）：電阻器分流霍爾元件測量電流：檢測通電導線周圍的磁場（1）導線旁測法（2）導線貫穿磁芯法簡單、測量精度差、受外界干擾大環(huán)形鐵芯集中磁力線，提高電流測量精度306.自動憑票供水裝置控制電路311.磁阻效應(yīng)——載流導體置于磁場中，其電阻隨磁場而變化磁阻效應(yīng)方程：溫度恒定、弱磁場、只有電子導電——磁感應(yīng)強度為B時的電阻率——零磁場下的電阻率——電子遷移率——磁感應(yīng)強度式中，電阻率變化電阻率相對變化磁敏電阻：InSb、InAs二、磁敏電阻32-5-3-10135700

600500400300200100020406080150100502.磁敏電阻的特性磁阻元件的溫度特性不好。在應(yīng)用時，一般都要設(shè)計溫度補償電路。磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度的影響較大。33（一）磁敏二極管1.結(jié)構(gòu)PN結(jié)型的磁電轉(zhuǎn)換元件I區(qū)：高阻本征區(qū)P、N：重摻雜區(qū)P-I-N結(jié)I區(qū)兩側(cè)處理：光滑：I面打毛：復合面（r面）三、磁敏二極管和磁敏三極管34PNH+電流（b）iPNH-電流（c）iPNH=0→→→←←←電流（a）i電子空穴復合區(qū)2.工作原理磁場H=0：少量電子和空穴在I區(qū)、r區(qū)復合正向磁場H+：電子和空穴偏向r區(qū)，電流因復合增大而減小反向磁場H-：電子和空穴偏向I區(qū)，電流因復合減少而增大35磁敏二極管在正、反向磁場作用下，其電流發(fā)生變化，于是就實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。磁敏二極管H=0PN→→→←←←iH+PNiH-PNi3613579根據(jù)某一電壓下的電流值可確定磁場的大小和方向。（1）伏安特性3.主要特性磁敏二極管正向偏壓和通過其上電流的關(guān)系。不同磁場強度H作用下，磁敏二極管伏安特性不同。37（2）磁電特性-0.10.10.20.30.42.01.51.00.50-0.5-1.0（3）溫度特性-40-2002040601.51.00.5在給定的條件下，磁敏二極管輸出的電壓變化與外加磁場的關(guān)系。輸出電壓變化量隨溫度的變化比較大。38（二）磁敏三極管1.結(jié)構(gòu)2.工作原理復合基區(qū)輸運基區(qū)39復合基區(qū)輸運基區(qū)復合基區(qū)輸運基區(qū)復合基區(qū)輸運基區(qū)無磁場作用：e–i-b：基極電流輸運基區(qū)：集電極電流正向磁場作用：載流子偏向發(fā)射極一側(cè)，集電極電流減小反向磁場作用：載流子偏向集電極一側(cè)，集電極電流增大40磁敏三級管磁敏三極管在正、反向磁場作用下，其集電極電流出現(xiàn)明顯變化，于是就實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。復合基區(qū)復合基區(qū)復合基區(qū)41（三）應(yīng)用例：漏磁探傷儀顯示儀表激勵線圈放大器鐵芯鋼棒磁敏二極管探頭顯示儀表激勵線圈放大器鐵芯鋼棒裂紋磁敏二極管探頭鋼棒：轉(zhuǎn)動、磁化無損傷部分：閉合磁路、無泄漏磁通，無輸出信號裂紋：泄漏磁通、磁敏二極管探頭輸出信號421.磁電式傳感器2.磁敏式傳感器小結(jié)：霍爾傳感器磁敏電阻磁敏二極管磁敏三極管恒磁通式和變磁通式（了解）（重點）理解：工作原理誤差及其補償了解：結(jié)構(gòu)特性及應(yīng)用431.若一個霍爾器件的KH=4mV/(mA﹒kGs)，控制電流I=3mA，將它置于1Gs～5KGs變化的磁場中，它輸出的霍爾電勢范圍多大？2.已知某霍爾元件尺寸為長L=10mm，寬b=3.5mm，厚d=1mm。沿L方向通以電流I=1.0mA，在垂