霍尔传感器论文气敏传感器论文

霍尔传感器论文气敏传感器论文霍尔传感器的应用摘 要: 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用。文章简要介绍其工作原理,产品特性及其典型应用。 关键词: 霍尔元件 传感器 应用 1 霍尔器件的工作原理 在磁场作用下,通有电流的金属片上产生一横向电位差,这个电压和磁场及控制电流成正比: VH=K|HIC|式中 VH 为霍尔电压,H 为磁场,IC 为控制电流,K为霍尔系数。在半导体中霍尔效应比金属中显著,故一般霍尔器件是采用半导体材料制作的。 用霍尔器件,可以进行非接触式电流测量,众所周知,当电流通过一根长的直导线时,在导线周围产生磁场,磁场的大小与流过导线的电流成正比,这一磁场可以通过软磁材料来聚集,然后用霍尔器件进行检测,由于磁场与霍尔器件的输出有良好的线性关系,因此可利用霍尔器件测得的讯号大小,直接反应出电流的大小,即:IBVH 其中 I 为通过导线的电流,B 为导线通电流后产生的磁场,VH 为霍尔器件在磁场 B 中产生的霍尔电压、当选用适当比例系数时,可以表示为等式。霍尔传感器就是根据这种工作原理制成的。 2 霍尔传感器的特点 霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达 1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达 m 级)。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55150。按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量,后者输出数字量。 3 霍尔传感器的类型 传感器种类很多,分类标准不一样,叫法也不一样,常见的有电阻传感器、电感式传感器、电容式传感器、温度传感器、压电式传感器、霍尔传感器、热电偶传感器、光电传感器、数字式位置传感器等。在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、液位传感器等。 4 HST 霍尔传感器原理结构 图 1 HST 霍尔传感器原理结构图 5 霍尔传感器的应用 以 HST 霍尔传感器在电动自行车上的应用为例来说明: (1)目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机,对直流电机调速的控制器有很多种类。电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器,而一款完善的控制器,还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率的,货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。 (2)实例应用 下面是上海某品牌电动自行车控制器,该控制器使用 LM324、LM393 和LM339 制作的有刷控制器可靠性是很高的,就是器件数量多些。该控制器仅用一片 LM339 制作有刷控制器部分。用另一块 LM339 制成电量显示部分。显示部分见图 3,电路原理见图 4 所示。 该控制器的调速采用了光电速度转把。由于北方干燥,沙土灰尘大,影响了光电速度转把的使用。实践证明,完全可以用霍尔速度转把替代它。 (3)改装要点 光电速度转把改为霍尔速度转把关键有两点:一是加装+5V 稳压电源;二是根据原速度信号输出点信号变化规律,选用相应信号变化的霍尔调速转把。 该有刷控制器以 PWM 电路为核心,前面有三角波发生器、电瓶欠压检测、电机过电流检测;后面有驱动、功率开关等。每部分都是独立的。检查调试都比较方便。三角波发生器由 IC2A、R17、C5、D2、R9、R10 等组成施密特振荡器,在 C5 上产生三角波。脉宽调制器是 IC2B,它的输入之一脚,为来自 C5 上的三角波,输入之二脚,是来自速度转把(J1)脚的速度信号。从 IC2B脚输出调宽脉冲,送互补推挽放大器。互补推挽驱动由 T3、T4 组成,脉冲高电平到来,上管 NPN 管 T4 导通,12V 加到功率管 T1、T2 的栅极,T1、T2 导通;脉冲低电平到来,上管 NPN 管 T4 截止。下管 PNP 管 T2 导通,将 T1、T2 栅极的电荷迅速放掉,T1、T2 截止。电池欠压保护由 IC2C 组成电压比较器,当电瓶电压低于31.5V 时,它的脚变为低电位,相当于 R13 输入一端接地,将转把速度信号降到接近零伏。使 IC2B脚呈低电平,T4 截止、T3 导通;T1、T2 截止。过电流保护由 IC2D 组成电压比较器,当过电流时。R4 右端电位变低.通过 R5 加到IC2D脚,比较器翻转脚变为低电位,同样相当于 R13 输入一端接地.将转把速度信号降到接近零伏,使 T1、T2 截止。 以上介绍的是 HST 霍尔传感器在电动自行车调速控制器中的应用,经以上改装后该控制器的性能更加稳定,适应范围更加宽广。