第五章磁电式传感器.ppt

第五章磁电式传感器,原理：被测量-磁电作用-电信号,1、原理：,电磁感应定律：线圈在均衡磁场中运动-感应电势,(1)变磁通旋转型：,一、磁电感应式传感器,W-匝数-磁通量，被测量-磁通变化-电信号,2、结构：,变磁通式，恒磁通式,分类：磁电感应式传感器、霍尔式传感器、磁栅传感器,1-永久磁铁：磁钢，2-磁芯：导磁3-衔铁：动铁心，旋转-感应电势,用于：测量转速、振动,(2)变磁通平移型：,(3)恒磁通动圈式,1-永久磁铁：磁钢，2-磁芯：导磁3-衔铁：动铁心，旋转-感应电势,用于：测量线速度、振动,磁通恒定，线圈运动-切割磁力线-感应电势,(4)恒磁通动铁式：,永久磁铁运动,（1）有源传感器，无需辅助电源，也成电动式、感应式,3、特点：,主要用于测量低频振动参数,4、应用：,（2）输出功率大，配用电路简单，甚至可以直接输出显示,（3）零位及性能稳定，抗干扰能力强，适于矿山、冶金等行业；,（4）频响差，一般频带为101000Hz,二、霍尔式传感器,1、工作原理,霍尔效应：,霍尔电势：,灵敏度：,电阻率，载流子迁移率,霍尔元件材料：,RH-霍尔系数，d霍尔片厚度,半导体薄片（锗、硅）,霍尔元件形状：,磁场(B)，导体(l,b,d)，电流(I)-正交电流：A面B面，洛仑兹力作用，左手定律：正电荷C面，负电荷D面平衡后：两侧面形成横向电势霍尔电势,高电阻率（）、高迁移率（）金属-迁移率高、电阻率低；绝缘体-电阻率高、迁移率低；,2、霍尔元件特性,霍尔元件厚度d-越薄，灵敏度越高-薄片限制-阻抗增大，功耗增大，发热温升,长宽比(l/b)-宽度增大，载流子损失增大，霍尔电势减弱；,（1）形状效应：,（2）电磁特性：,修正：,f(l/b)-形状系数,激励电流-UHI线性关系，电流灵敏度：,磁感应强度-UHB多数非线性，材料不同-特性不同,内阻-RB多数线性，磁阻效应，降低霍尔电势,（4）零位电势：,（3）额定激励电流：,激励电流增大-发热-温升，,磁场B=0时，通过激励电流产生的电势-零位电势,原因-两个霍尔电极不在一个等位面上-不等位电势材料不均匀，工艺差,补偿-电桥平衡，并联电阻,温升10时的激励电流-额定激励电流,（5）温度特性：,（6）寄生直流电势：,（7）自激场零电势：,特点：体积小，质量轻，结构简单，使用方便，集成化,3、霍尔传感器应用,激励-交流控制电流；,控制电流引线弯曲-自激场,温度-电阻率、载流子、尺寸,补偿-电桥，热敏电阻，,输出-交流+直流,原因-霍尔电极不对称,（2）霍尔式位移传感器：,（3）霍尔式电流电压传感器：,（4）霍尔式压力传感器：,（5）其他：,（1）霍尔式磁传感器：,霍尔电势与磁感应强度成正比-测量-交流、直流，此感应强度、磁场强度，,磁场-均匀、梯度变化霍尔电势-位置测量-微位移，0.5mm,电流-感应磁场-霍尔电势测量-交流、直流，电流、电压、,压力-弹性元件-位移-磁场-霍尔电势测量-静态、动态压力,霍尔式方位传感器：霍尔罗盘霍尔式转速传感器：脉冲计数测量-交流、直流，电流、电压、,三、磁栅式传感器,1、磁栅工作原理,原理：磁纪录原理（录音机），磁栅上录有磁信号（磁带），磁头移动-读取磁信号-周期性信号输出-测量位移,结构：磁栅基体-不导磁材料磁栅表面-磁性薄膜,类型：长磁栅-测量线位移圆磁栅-测量角位移,2、磁栅结构与类型,同轴型(c)：,长磁栅：,尺型(a)：,基体-不导磁材料（铜、玻璃），镀磁性薄膜结构简单，常用，精度高，刚度好,带型(b)：,基体-铜带，镀磁性薄膜，软垫（泡沫塑料），拉紧块大量程，窄空间，振动条件下,基体-青铜棒，镀磁性薄膜，同轴布局磁头具有磁屏蔽作用，抗干扰，结构紧凑，小型装置,3、磁头,（1）动态磁头:,（2）静态磁头:,磁头移动-电磁感应-线圈输出感应电势-非调制磁头(录音机)无相对运动时-磁通变化很小-输出为零-速度响应式磁头使用受到限制,激励电源u-激励磁通1、2；漏磁通0-磁栅位置的周期函数；输出信号u0-周期函数，频率2倍无相对运动时-漏磁通仍然存在-输出调制型磁头：广泛使用,4、磁栅传感器的特点,（1）与感应同步器、容栅传感器类似，精度低于感应同步器和容栅传感器。,（2）录制方便，成本低廉，可以随时抹