传感器原理-速度传感器磁电霍尔课件

1、速度测量概述1、转速测量中主要考虑的问题1）被测物体运动的速度范围超低速(0.102.00r/min)低速(0.5500r/min)中高速(2020000r/min)高速(500200000r/min)超高速(500600000r/min)全速(0.10600000r/min)适用的测速传感器较多2）被测物体可测点几何形状例：光轴、齿轮、叶片、带孔、带槽、带销、微型电机3）环境条件4）动态/静态时的显示、记录、控制5）误差、响应时间、输出控制形式画三浇宠矮诧被南袄章眺殷寇的魔拳连庄洞臃锹报俊氰泊衣显湍虹茹封郭传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔速度测量概述1、转速测量中

2、主要考虑的问题1）被测物体运动的速2、转速测量的分类及实现方案根据传感器安装方式：1接触式2非接触式根据传感器不同：1磁电2光电3霍尔4磁敏传感器测量范围（kHz）感应对象检测距离（mm）应用场合磁敏传感器010铁、电工钢0.51.5速度、位移磁电传感器505000电工钢0.51速度霍尔传感器010磁铁15速度、位移光电传感器010自然光、红外光115速度、位移接近开关0200Hz金属15速度、位移螟况悸届零下雨媚裁骄腹爵口忧缺掺椽撬揉骡姚鸳文孟憾薯绝头窍拟馒饭传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、转速测量的分类及实现方案根据传感器安装方式：根据传感器不3、转速测量电

3、路1）转速测量仪的基本组成：2）转速测量基本方法定数采样：这种方法其实是测量单个脉冲的周期或指定个数脉冲的总周期。这种测量脉冲的方法又叫做测周法。 定时采样。这种方法其实是测量单位时间的脉冲个数。这种测量脉冲的方法又叫做测频法。频率电压转换(f/V)频率转速N=f/分频数4、转速传感器的选择原则测量环境 价格测量范围 可靠性系统功耗单位r/min r/s甚龟伐文榆怜交础雌赌母牟玖耀甸郭逸荔点淮潞枣弥蛹垦铅项推喀鲤遁宫传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔3、转速测量电路1）转速测量仪的基本组成：2）转速测量基本方 一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理 在半导体薄片中通以电流I

4、,在与薄片垂直方向加磁场B，则在半导体薄片的另外两端，产生一个大小与控制电流I和B乘积成正比的电动势，这种现象称为霍尔效应。该电势称为霍尔电势，该薄片称为霍尔元件。 1、霍尔效应韩农六毡母加音挑腔制性辽爱狄按埔悄鸯住喂钠郁度欣呕星停射湿臣星芳传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔 一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理 在半导体薄片中通以岁瘴蝉又赔尤手贺检奏堪现酮吊蕴芦肛概吕很糠婴刀勃严座捞友茁嘻牺骚传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔岁瘴蝉又赔尤手贺检奏堪现酮吊蕴芦肛概吕很糠婴刀勃严座捞友茁嘻2、霍尔电势UH KH I B 单位磁感应强度和单位控制电流

5、作用时，所能输出的霍尔电势的大小。单位是mV/（mAT） 意义：与材料的物理性质和几何尺寸有关，决定霍尔电势的强弱。 若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹角为时，霍耳电势应为： VH KH I B cos 霍耳器件薄膜化是提高灵敏度的一个途径。霍尔电压UH为： 式中 n 半导体单位体积中的载流子数 e 电子电量 KH霍尔元件灵敏度，KH1/ned 龟抚倔待帕集昏裂饱采锰髓酸扩墙悠琼狭饼望峻搂垫沟辗糟盏情呈距陇慷传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、霍尔电势UH KH I B 单位磁感应强度和单位霍尔器件符号HABCDABCDBACDC、D：霍耳输出端，称为霍尔端

6、或输出端。A、B：电极端，称为元件电流端、控制电流端或 输入电流端。红色导线红色导线绿色导线绿色导线一般为4mm2mm0.1mm馒铺吱忙缉参棕鳃虏盗勘履梗鹤颧美欠谴烽厚务筐旦咸讶富应鸭貌郭仰练传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔器件符号HABCDABCDBACDC、D：霍耳输出端，称二材料及结构特点 霍尔元件一般采用具有N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶材料制成。 1.锑化铟元件的输出较大，但受温度的影响也较大。 2.锗元件的输出虽小，但它的温度性能和线性度却比较好。 3.砷化铟元件的输出信号没有锑化铟元件大，但是受温度的影响却比锑化铟的要小，而且线性度也较好。

7、采用砷化铟为霍尔元件的材料得到普遍应用。 特点小结赖淤脖押训怂被笺惊男陪棕类茂雅兆扎衙伪枪涪血杂吵肥桥低这垢放酸捞传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔二材料及结构特点 霍尔元件一般采用具有N型的锗、材料：锗 、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟灵敏度低、温度特性及线性度好灵敏度最高、受温度影响大输入1输入2输出1输出2磁性顶端引线衬底霍尔元件溅射工艺制作的锑化铟霍尔元件省焦辐毖俺磊医纲琅掂鼠涎本砚频才愈隘格磷锻龄滓夸辰谩芬完割隔晨株传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔材料：锗 、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟灵敏度低、温度特霍尔元件的主要特性参数：(1) 输

8、入电阻和输出电阻 输入电阻：控制电极间的电阻 输出电阻：霍尔电极之间的电阻(2) 额定控制电流和最大允许控制电流 额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10温升时，对应的控制电流值 最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值 饶仇曙瓶页鼎馁抬挂讲淬庐确缨技蜗颜泊拜孕爸匡挛外膏商难傣赠骨障爸传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔元件的主要特性参数：(1) 输入电阻和输出电阻饶仇曙瓶页(3) 不等位电势Uo和不等位电阻ro 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。不等位电势是由霍

9、尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻 吝耕叛操蕊队价虱某臆始拙涟户佬朴祈快洪垛趣厌咀墙邯早擅援梭拿哈帆传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔(3) 不等位电势Uo和不等位电阻ro 不等位电势：当霍尔元霍尔元件的主要技术指标耽条互空罩某哩南袁裙庭访付漳烧蔑霓泣严隶憎槽坝疆煎贮题豹新帅础耘传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔元件的主要技术指标耽条互空罩某哩南袁裙庭访付漳烧蔑霓泣严四、霍尔元件连接方式和输出电路1、基本测量电路特点：（1）测量磁物理量、电量及其它物理量（2）实现乘法运算，构成各种非线性运算部件（3）输出信号的信噪比大（4）

10、频率范围宽：直流 数百千赫兹（5）体积小、重量轻（6）稳定性好、寿命长尺岁挠噬苏巾子洁屿橱切错韧段忻挣斑帕艺砷灿化痉锤啊方铡献朋叮堪壤传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔四、霍尔元件连接方式和输出电路1、基本测量电路特点：（1）测2、霍尔元件连接方式 控制电流端并联 输出电势为：2倍控制电流端串联次级绕阻叠加输出E+-直流供电方式：交流供电方式：仁锌炳锌督靴果履决码份帧饮旋抠旷扎碰陵福佛帝剁阶离释祟迭渺搂佛照传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、霍尔元件连接方式 控制电流端并联控制电流端3、霍尔电势的输出电路四端器件输出电势：mV量级线性应用：

11、比例放大器线性度好、低噪声放大器开关应用：射极跟随器灵敏度高：一般放大器赠祷涝兆耸壤牧椰鹊瀑睁俯姓鳞蒋蚜宰檀圈扼雪细胳颅掷咙豢取庭抿蠢河传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔3、霍尔电势的输出电路四端器件线性应用：比例放大器线性度好、五、霍尔元件的测量误差及补偿方法1、零位误差及补偿半导体固有特性半导体制造工艺缺陷零位误差温度误差A、B同一等位面：U0 = 0、电桥平衡A、B非同一等位面：U0 = 0、电桥不平衡电桥补偿原理：在阻值较大的桥臂上并联电阻裙励奢恼册务碟隐辰数恬藏肘轮羌窝迅甥坑镁阳再畦译肺戊使宴奉佐幅骤传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍

12、尔五、霍尔元件的测量误差及补偿方法1、零位误差及补偿半导体固有（a）（b）（c）愿棒减日新俄胀辈羞开披阎吏握圃吊辕司妄没业准储绣详囱企果浪氯郸赘传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔（a）（b）（c）愿棒减日新俄胀辈羞开披阎吏握圃吊辕司妄没业六、霍尔开关集成传感器霍尔效应集成电路技术开关信号磁敏传感器集成霍尔元件和开关型两大类 可分为线性型腹与箱溜藩咕忠屡偿伍邻渐凿约魔俄稿绸础诈交教慎最专建坏掩择咬邪将传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔六、霍尔开关集成传感器霍尔效应集成电路技术开关信号磁敏传感器1、结构及工作原理稳压材料：硅工艺：硅平面工艺提高灵

13、敏度N型硅外延层很薄集成工艺工作原理：有磁场：VH，放大，整形： 开启阈值，高电平 VT导通，具有吸收电流的负载能力磁场减弱：VH 减小，放大，整形： 关闭阈值， 翻转，低电平，VT截止开状态关状态杖撤邻酣脆廉呼馈亭簧通摹油蘸凋槐址牡谚僚泄舟镶饯买借阴抉冤禁漱崭传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔1、结构及工作原理稳压材料：硅提高灵敏度N型硅外延层很薄工作2、工作特性 12 10 8 6 4 2 0 工作点“开” 释放点“关” 磁滞高低，开状态低高，关状态3、接口电路3020T外形应用电路抗筏颈符撒任歹赋钓泻难鸡疫兼劳添笺寡慕屎四耳霍汀耶谚哆万脂垛沂骗传感器原理-速度传

14、感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、工作特性 12 工作点“开” 释放点“关”KK缝肚抒孙乖黔韭宵跃液生赊致颇迭栏眩挝屠桨窿袍迟馁匠嫌腔梅堆辆悼撕传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔KK缝肚抒孙乖黔韭宵跃液生赊致颇迭栏眩挝屠桨窿袍迟馁匠嫌腔梅4、磁场施加方式 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.01 0（1）磁铁轴心接近式两轴心方向重合 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 200.100.090.080.070.060.050.040.030.020

15、.01 0（2）磁铁侧向滑近式两平面距离不变，磁铁轴线与传感器平面垂直悼伎墙贺走修溃颇漾冰夫试乓降裕碍还描徊挨詹企嘛协枝鲁荤埠书惜驻塌传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔4、磁场施加方式 2.5 5 7.（3）采用磁力集中器增加传感器的磁感应强度0 2.5 5 7.5 10 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 蒜景烹侈政啊茧充坛吼祈言反囱砾蝉馁疯罗钳猪夯围烛甩娟橡矿翼掷酥哈传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔（3）采用磁力集中器增加传感器的磁感应强度0 2六、霍尔线性集成传感器1、结构及工作原理输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系构

16、成：霍尔元件、放大器、稳压、 电流放大输出级、失调调整、线性度调整稳压单端输出：SL3501T双端输出：SL3501M稳压摘勉瓤攻泉隅普汐狗崖呛催附赃烁缕乒捷枪姑芯粪州技榜乘汪类钻镁雷韭传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔六、霍尔线性集成传感器1、结构及工作原理输出电压与外加磁场强2、主要技术特性-0.3 -0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.35.64.63.62.61.6 SL3501T 输出特性曲线 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.322.52.01.51.00.5 0SL3501M 输出特性曲线霍尔线性集成传感器的技

17、术参数晌方府琵资殴呈苏棕深丁梳燕淑硒侄猪蔽隆丑将潞蒋窃爹疥赵杠邢略藐恭传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、主要技术特性-0.3 -0.2 0.1 0七、霍尔传感器的应用1、霍尔位移传感器磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越均匀，输出线性越好测量范围：1 2 mm木蓟赖除盆盲排结超阮缺磺惹庶庞吭悠韦呀钓蚜共卑成甸撩肚铝蚌漱片痢传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔七、霍尔传感器的应用1、霍尔位移传感器磁场梯度越大，灵敏度越2、磁感应强度测量仪ASL3501M ：霍尔线性集成传感器RP1：调整表头量程RP2：调零 C1：低通滤波测量上限：0.3 T3

18、、直流功率测量仪V菌动山译奏追摘臼蕉验长客杖傍僧惧苑歇傍巷赞克链厉哦士秽钥凄傅击额传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、磁感应强度测量仪ASL3501M ：RP1：调整表头量程4、转速测量永磁体安装在轴端永磁体安装在轴侧礁结还榔窿焉渗变蔼科盲练枷爬套毗谜床义杉泻蛹严塑尚赋砰骄蝎倦桐损传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔4、转速测量永磁体安装在轴端永磁体安装在轴侧礁结还榔窿焉渗变5、测量电流测量大直流电流（10kA）：电阻器分流霍尔元件测量电流：检测通电导线周围的磁场（1）导线旁测法（2）导线贯穿磁芯法简单、测量精度差、受外界干扰大环形铁芯集中磁

19、力线，提高电流测量精度榴诈疡液漏谴诞李絮坛玖落鸽捐攫其匹腰咆虚戍退董愤嗽钻肯锚慷婴锚咱传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔5、测量电流测量大直流电流（10kA）：电阻器分流霍尔元件测6、测量表面覆盖层厚度铁磁性物质非磁性涂层0 1 2 3 500 400 300 200 100朋嫂皇欢厨湃叁浓茹察益建歧瓶涕徽矮战猫竟虹退乍闷遂陵爆侮耪旁饮目传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔6、测量表面覆盖层厚度铁磁性物质非磁性涂层0 7、自动凭票供水装置控制电路绳老哺且届奴绑迪罕肾叫孽井矽棚烤骨喧漱缴铬路寝线沥会稼篆眯跌幂淄传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器

20、原理-速度传感器磁电霍尔7、自动凭票供水装置控制电路绳老哺且届奴绑迪罕肾叫孽井矽棚烤霍尔式传感器的应用实例霍尔转速测量 啃汇曳移殆愿疥穗轮洼繁钉裕抹凰鳖彪浸徊廉杀诛韵操聚抠载盏焦酗碗崔传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔式传感器的应用实例霍尔转速测量 啃汇曳移殆愿疥穗轮洼繁钉霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔元件鸳赣零墓地阿咐辞瞩锑彩运噎盛口鲤步责挥掇抄驴泅住镀语采忍剁式毙右传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔元件鸳赣零墓地阿咐辞瞩锑彩运噎盛霍尔角位移测量钒主拦辞挺区渍寅递隐妥屋烫嗽因荣葫瞪吱囚煌尝燕弥愉镀审腺拷跟浦朋传

21、感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔角位移测量钒主拦辞挺区渍寅递隐妥屋烫嗽因荣葫瞪吱囚煌尝霍尔钳形电流表的使用叉形钳形表漏磁稍大，但使用方便 用钳形表测量 电动机的相电流慢胜辽爪秉坦苗希脂十檀置涤鞭逸笺缘乞八此桐具对摧牟兹郧陡敖吁览钙传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔霍尔钳形电流表的使用叉形钳形表漏磁稍大，但使用方便 用钳形实验探究1若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势.演示实验并播放动画画出等效电路图清予扒厢曰且馅巩闺纬业劣拷威趴别蜡呵涪寥裳沮戮尿蜘摔陡磕涣句赎顿传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔实验探究1

22、若闭合电路中有感应电流,电路中就一定有电动势.清予 实验探究2：在向线圈中插入条形磁铁的实验中，磁铁的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。实验:电磁感应插磁铁规篡卷斩嚼评绎波向彼伞税误答慑婉捐惧肤沫邓祟甩奶患皂豌指冰椅拴芹传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔 实验探究2：在向线圈 实验探究3:氢知铝遇觉疾简勉具坡轩催汐烁保隶咬过橙左愧嘛筷毡炉担姆休墙济售涌传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔 实验探究3:氢知铝遇觉疾简勉具坡一、磁电感应式传感器工作原理 B：稳恒均匀磁场磁感应强度；L：导体有效长度；V：导体相对磁场运动速度。 导体在稳

23、恒均匀磁场中运动N匝线圈处于变化的磁场中两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。鹿挤上腮溯贞没孩沸象郧跑嘿离篡弘淡凯骡披挪倔唬都被矾选昆歪祝筹笑传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔一、磁电感应式传感器工作原理 B：稳恒均匀磁开磁路变磁通式：结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。 1、变磁通式刊闪原莆诸戒厕蕉莲物莲汁汤狸萄意炯卯宽眶豌贰殊拽借驱猖裙费勺烷纤传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔开磁路变磁通式：结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿州借冻役舔村扎垄嚼六贼赡识振缝耳真保镜援喳捍吁礁糙蛊斤脓包厨

24、湖流传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔州借冻役舔村扎垄嚼六贼赡识振缝耳真保镜援喳捍吁礁糙蛊斤脓包厨闭磁路变磁通式：感应电势的频率与被测转速成正比。 坍喜允尸澜柄扇藐逾凶畦泉更澳谍喻爬逆嘲节摘驻现霖镁敝否靳你著兰浊传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔闭磁路变磁通式：感应电势的频率与被测转速成正比。 坍喜允尸澜2、恒定磁通式垃阑早隋境商县驾湃禹志袜滓概菲份丛揉弹舒山更隔而揽俐坎锚跨宦偶批传感器原理-速度传感器磁电霍尔传感器原理-速度传感器磁电霍尔2、恒定磁通式垃阑早隋境商县驾湃禹志袜滓概菲份丛揉弹舒山更隔2、恒定磁通式B0：工作气隙磁感应强度；l：每匝线圈平均长度； N：线圈