霍爾傳感器（2）課件

第4章磁電式傳感器

主要內(nèi)容：

基本磁學(xué)量及測(cè)量方法磁電感應(yīng)式傳感器霍爾式傳感器

.第4章

磁電式傳感器4.1基本磁學(xué)量及測(cè)量方法一、基本磁學(xué)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁場(chǎng)強(qiáng)度H磁通磁化強(qiáng)度M4.1基本磁學(xué)量及測(cè)量方法磁場(chǎng)強(qiáng)度H

單位點(diǎn)磁荷在所在處受磁場(chǎng)力的大小，其方向與正磁荷在該處所受磁場(chǎng)力的方向一致。設(shè)點(diǎn)磁極的磁荷為，它在磁場(chǎng)某處受力為F，該處磁場(chǎng)強(qiáng)度為在國(guó)際單位制中，H的單位為A/m（安每米）.在電磁單位制中，H的單位為Oe（奧斯特），關(guān)系為4.1基本磁學(xué)量及測(cè)量方法磁通(磁力線、磁感應(yīng)線）

規(guī)定穿過某一閉合輪廓界定面S的磁感應(yīng)線的數(shù)目為與該面（或閉合輪廓）相交鏈的磁通量,其表達(dá)式為式中，dS為面積元矢量。的正方向與閉合輪廓的繞行方向符合右手螺旋定則，即與界定面的正法線方向一致。在國(guó)際單位制中，磁通的單位為（），或稱Wb（韋伯）。在電磁單位制中，磁通的單位為Mx（麥克斯韋），其關(guān)系為4.1基本磁學(xué)量及測(cè)量方法磁化強(qiáng)度M

為描述磁介質(zhì)的磁化狀態(tài)，磁化強(qiáng)度矢量定義為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和，即式中為體積內(nèi)所有分子磁矩的矢量和。在國(guó)際單位制中，M的單位為A/m（安每米），其電磁單位制的關(guān)系為4.1基本磁學(xué)量及測(cè)量方法磁通門法

利用鐵磁材料的交流飽和磁特性對(duì)恒定磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的方法。磁共振法

利用某些物質(zhì)在磁場(chǎng)中選擇性地吸收或輻射一定頻率的電磁波，引起微觀粒子（核、電子及原子）的共振躍遷來進(jìn)行測(cè)量的方法。弱連接超導(dǎo)效應(yīng)法

利用超導(dǎo)弱連接的磁通量子化或約瑟夫遜效應(yīng)制成的磁強(qiáng)計(jì)，稱為超導(dǎo)量子干涉儀，是目前世界上最靈敏的磁強(qiáng)計(jì)，主要用于測(cè)量微弱磁場(chǎng)。磁光法 利用傳光材料在磁場(chǎng)作用下的法拉第磁光效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)等進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量的方法?；谶@種方法的光纖傳感器具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可用于惡劣環(huán)境下的磁場(chǎng)測(cè)量第4章

磁電式傳感器磁感強(qiáng)度與磁場(chǎng)源的分布4.2

磁電感應(yīng)式傳感器第4章

磁電式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度、位移等物理量轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。工作時(shí)不需要外加電源，可直接將被測(cè)物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電量輸出。是典型的有源傳感器。特點(diǎn)：輸出功率大，穩(wěn)定可靠，可簡(jiǎn)化二次儀表，但頻率響應(yīng)低。通常在10—100HZ,適合作機(jī)械振動(dòng)測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量。傳感器尺寸大、重。磁電式傳感器機(jī)械能電量磁場(chǎng)檢測(cè)方法

1.固定線圈法：用于測(cè)交變磁場(chǎng)的探測(cè)線圈固定在被測(cè)磁場(chǎng)中某位置不變。2.拋移線圈法:將線圈從被測(cè)場(chǎng)位置迅速移動(dòng)到無磁場(chǎng)處，主要測(cè)恒定磁場(chǎng)。3.旋轉(zhuǎn)線圈法（測(cè)量發(fā)電機(jī)法）：適用于測(cè)量恒定磁場(chǎng)。第4章

磁電式傳感器4.2

磁電感應(yīng)式傳感器4.3霍爾傳感器

第4章

磁電式傳感器磁敏元件基于磁電轉(zhuǎn)換原理,60年代西門子公司研制了第一個(gè)磁敏元件,68年索尼公司研制成磁敏二極管,目前磁敏元件應(yīng)用廣泛。磁敏元件磁敏傳感器主要有：磁敏電阻；磁敏二極管；磁敏三極管；霍爾式磁敏傳感器。4.3霍爾傳感器

第4章

磁電式傳感器霍爾傳感器屬于磁敏元件，磁敏元件是基于磁電轉(zhuǎn)換原理，磁敏傳感器是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，磁敏元件得到應(yīng)用和發(fā)展，廣泛用于自動(dòng)控制、信息傳遞、電磁場(chǎng)、生物醫(yī)學(xué)等方面的電磁、壓力、加速度、振動(dòng)測(cè)量。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長(zhǎng)。磁敏傳感器磁學(xué)量電信號(hào)4.3霍爾式傳感器4.3.1霍爾效應(yīng)第4章

磁電式傳感器在磁場(chǎng)中導(dǎo)體自由電子在磁場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)。每個(gè)電子受洛侖茲力作用被推向?qū)w的另一側(cè)：霍爾電場(chǎng)霍爾電場(chǎng)作用于電子的力4.3霍爾式傳感器4.3.1霍爾效應(yīng)第4章

磁電式傳感器當(dāng)兩作用力相等時(shí)電荷不再向兩邊積累，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡：通過（半）導(dǎo)體薄片的電流I與載流子濃度n，電子運(yùn)動(dòng)速度v，薄片橫截面積b*d有關(guān)：

霍爾電勢(shì)：4.3霍爾式傳感器4.3.1霍爾效應(yīng)第4章

磁電式傳感器霍爾系數(shù)靈敏度4.3霍爾式傳感器4.3.2霍爾傳感器第4章

磁電式傳感器霍爾元件符號(hào)4.3霍爾式傳感器4.3.2霍爾傳感器基本特性第4章

磁電式傳感器

霍爾晶體外形矩形薄片有四根引線，兩端加激勵(lì)兩端為輸出；電源E，控制電流I；

負(fù)載RL，R可調(diào)保證控制電流，

B磁場(chǎng)與元件面垂直（向里）。實(shí)測(cè)中可把I或B單獨(dú)做輸入也可把I*B作輸入。通過霍爾電勢(shì)輸出測(cè)量結(jié)果。輸出Uo與I或B成正比關(guān)系。外形特點(diǎn)：四端元件,一對(duì)控制極，一對(duì)輸出極；性能特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??； 頻帶寬； 非接觸測(cè)量，壽命長(zhǎng)。 但溫度特性差，轉(zhuǎn)換效率低。

4.3霍爾式傳感器4.3.2霍爾傳感器基本特性磁特性：UH-B特性：I一定UH-I特性：B一定Ri

-B,Ro-B特性：磁阻效應(yīng)4.3霍爾式傳感器4.3.2霍爾傳感器基本特性InSb霍爾元件的輸出特性UH-B特性：I一定4.3霍爾式傳感器4.3.2霍爾傳感器基本特性4.3霍爾式傳感器4.3.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(1)不等位電勢(shì)

第4章

磁電式傳感器當(dāng)霍爾元件通以激勵(lì)電流I時(shí)，若磁場(chǎng)B=0，理論上霍爾電勢(shì)UH=0,但實(shí)際UH不等于0，這時(shí)測(cè)得的空載電勢(shì)稱不等位電勢(shì)U0。產(chǎn)生的原因：霍爾引出電極安裝不對(duì)稱半導(dǎo)體材料不均勻4.3霍爾式傳感器4.3.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(1)不等位電勢(shì)不等位電勢(shì)的補(bǔ)償?shù)?章

磁電式傳感器4.3霍爾式傳感器4.3.3霍爾傳感器的誤差及補(bǔ)償(2)溫度誤差及補(bǔ)償

第4章

磁電式傳感器霍爾元件是半導(dǎo)體元件，它的許多參數(shù)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度T變化時(shí)，載流子濃度n、遷移率μ、電阻率ρ，霍爾系數(shù)RH都會(huì)變化。幾種補(bǔ)償方法：

1、恒流源激勵(lì)，消除Ri受溫度影響。

2、輸入回路串入電阻，消除

UH受溫度影響。

3、選取合適負(fù)載電阻，消除RoUH受溫度影響。2.利用輸入回路串電阻進(jìn)行補(bǔ)償U(kuò)HB-+-等效電路在t度下霍耳系數(shù)：在t度下輸入電阻：由得溫度引起的霍耳電壓增量:顯然,當(dāng)時(shí),溫度變化不引起的霍耳電壓輸出。結(jié)論：輸入補(bǔ)償電阻數(shù)值：（補(bǔ)償前提：）3.利用輸出回路的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償U(kuò)HB-+-等效電路恒流源恒流源在t度下霍耳電壓：在t度下輸出電阻：對(duì)上式求導(dǎo)，令，即輸出電壓對(duì)溫度t的變化率為零，得：結(jié)論：用負(fù)載進(jìn)行溫度補(bǔ)償所需負(fù)載電阻為：4.3霍爾式傳感器4.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用第4章

磁電式傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速(2)

測(cè)磁場(chǎng)(3)位移測(cè)量(4)壓力測(cè)量(5)開關(guān)（6)測(cè)電流檢缺口檢齒磁場(chǎng)測(cè)量磁場(chǎng)測(cè)量

霍爾器件檢測(cè)磁場(chǎng)的方法最簡(jiǎn)單，將霍爾器件放在被測(cè)磁場(chǎng)中，令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，并可對(duì)狹縫，小孔中的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。4.3霍爾式傳感器4.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用第4章

磁電式傳感器4.3霍爾式傳感器4.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用第4章

磁電式傳感器霍爾傳感器位移測(cè)量原理產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)和霍爾位移傳感器的靜態(tài)特性

霍爾位移傳感器4.3霍爾式傳感器4.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用第4章

磁電式傳感器4.3霍爾式傳感器4.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用第4章

磁電式傳感器霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理4.3霍爾式傳感器4.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用第4章

磁電式傳感器霍爾元件和磁體運(yùn)動(dòng)方式4.3霍爾式傳感器4.3.5霍爾集成傳感器第4章

磁電式傳感器1集成霍爾元件4.3霍爾式傳感器4.3.5霍爾集成傳感器第4章

磁電式傳感器線性集成電路(測(cè)位移、測(cè)振動(dòng))4.3霍爾式傳感器4.3.5霍爾集成傳感器

第4章

磁電式傳感器開關(guān)集成器件(測(cè)轉(zhuǎn)速、開關(guān)控制、判斷NS極性)B’、B’’形成切換回差,這是位置式作用傳感器的特點(diǎn),

作無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)可防止干擾引起的誤動(dòng)作。形成切換回差

4.3霍爾式傳感器4.3.5霍爾集成傳感器第4章

磁電式傳感器2應(yīng)用：無觸點(diǎn)開關(guān)4.3霍爾式傳感器4.3.5霍爾集成傳感器第4章

磁電式傳感