非电量测量讲义03磁电式

1、非电量测量技术非电量测量技术第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器授课人：苏铁健授课人：苏铁健单单 位：材料学院位：材料学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器重点掌握：重点掌握：磁电感应式传感器的工作原理及结构磁电感应式传感器的工作原理及结构霍尔传感器的原理及结构霍尔传感器的原理及结构 材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器回顾回顾 RCL电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式电参数型电参数型V材料科学与工程学院材料科学与工程学院SN第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器热电式传感器热电式传感器压

2、电式传感器压电式传感器光电式传感器光电式传感器 VNS电量型传感器电量型传感器材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器NVNSSNS 材料科学与工程学院材料科学与工程学院-第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器回顾：洛伦兹力定律回顾：洛伦兹力定律SN-qBVF=qvBBF+ +F1.点击正电荷2.点击负电荷材料科学与工程学院材料科学与工程学院N+-5.1 工作原理：工作原理：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 ：导体做切割磁力线运动会感生电动势；闭合导体回路中磁通导体做切割磁力线运动会感生电动势；闭合导体回路中磁通量发生变化时，导体中会出现感生电压并产生感应

3、电流。量发生变化时，导体中会出现感生电压并产生感应电流。dtdNe感生电势感生电势 e=-B l vBS-+VFmE-FmFe1.点击左边磁铁，指示磁场2.点击空白处，指示导体运动方向及自由电子洛伦茨力方向；3.点击导体；点击负电荷（自由电子）。材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器NVNSSNS 材料科学与工程学院材料科学与工程学院线速度型动圈式传感器：结构示意图线速度型动圈式传感器：结构示意图 5.1 SN磁轭磁轭极掌极掌磁铁，软铁，线圈磁铁，软铁，线圈提供磁场提供磁场闭合的磁路闭合的磁路产生电动势产生电动势气隙气隙磁铁磁铁极掌极掌磁轭磁轭气隙气隙材料科

4、学与工程学院材料科学与工程学院线速度型动圈式传感器：工作原理示意图线速度型动圈式传感器：工作原理示意图 5.1 -BSFV-N1.点击空白处，指示线圈向下运动；2.点击空白处；指示洛伦茨力方向；3.点击线圈，指示自由电子运动方向。材料科学与工程学院材料科学与工程学院dtdNeNS动圈式动圈式( (线速度型线速度型) )动铁式动铁式( (线速度型线速度型) )动衔铁式动衔铁式SNe=-BlNv基本结构：磁铁，软铁，线圈基本结构：磁铁，软铁，线圈NS1.左图，点击线圈，指示线圈运动；2.中图，点击磁铁；指示磁铁运动；3.右图，点击图，点击衔铁。材料科学与工程学院材料科学与工程学院5.1 实物图例实

5、物图例 振动传感器：振动传感器：机械振动机械振动 心电图心电图动圈式话筒动圈式话筒材料科学与工程学院材料科学与工程学院角速度型动圈式传感器：工作原理示意图角速度型动圈式传感器：工作原理示意图 5.1 角速度型角速度型SNSN1.点击左边磁铁，出现磁力线；2.点击线圈骨架，线圈转动。材料科学与工程学院材料科学与工程学院角速度型动圈式传感器实物图例角速度型动圈式传感器实物图例测速电机测速电机5.1 角速度型角速度型NSSNe=-NBA材料科学与工程学院材料科学与工程学院V5.1 角速度型角速度型动铁式传感器动铁式传感器（角速度型）（角速度型） ：涡轮流量计工作原理：涡轮流量计工作原理作业作业1 1

6、：描绘角速度型动铁式和动衔：描绘角速度型动铁式和动衔铁式传感器的结构和工作原理示意图铁式传感器的结构和工作原理示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院5.1 角速度型角速度型涡轮流量计实物图例涡轮流量计实物图例 法兰连接式法兰连接式螺纹连接式螺纹连接式气体流量计气体流量计材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器NVNSSNS 1.点击中图，出现电磁流量计材料科学与工程学院材料科学与工程学院N+感生电势感生电势e= B l v单位时间的流量单位时间的流量=vSBS-V-+FmFm-+FeFeE1.点击左边磁铁，出现磁力线；2.点击管壁顶部的负电荷，指示电场力F

7、e逐渐增加直至与洛伦茨力平衡，电荷不再偏聚，管壁上下建立稳定的电势差材料科学与工程学院材料科学与工程学院电磁血流表电磁血流表VNS作业作业2 2：为什么直流磁场的电磁流量计：为什么直流磁场的电磁流量计不能测量电解质溶液的流量不能测量电解质溶液的流量？快门快门1.点击血流表，指示内部的电磁铁材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器NVNSSNS 1.点击右图，出现霍尔传感器材料科学与工程学院材料科学与工程学院-+IBUH-Fm-FeE1.点击空白处，指示控制电流；2.点击空白处；指示加上磁场，运动电子受到洛伦茨力；3.点击前端

8、正电荷符号，指示电场力逐渐增加直至与洛伦茨力平衡，后续的运动电子不再偏聚。材料科学与工程学院材料科学与工程学院-霍尔效应的数学描述霍尔效应的数学描述+IBUHdIBRdIBUHH电阻率电阻率, 载流子迁移率（单位电场载流子迁移率（单位电场作用下载流子的运动速度作用下载流子的运动速度 ）, RH 霍霍尔系数尔系数, B 磁感应强度磁感应强度, I 控制电流控制电流d-+-+材料科学与工程学院材料科学与工程学院VSNSNSNVNSB位移位移dIBRUHH1.点击空白处，B-F关系曲线出现；2.点击霍尔片，霍尔片移动。材料科学与工程学院材料科学与工程学院SNNSB位移位移B霍尔电压霍尔电压dIBRU

9、HH1.点击温度表，温度上升，金属片伸长，霍尔片位移，材料科学与工程学院材料科学与工程学院双金属片双金属片材料科学与工程学院材料科学与工程学院螺线型双金属片螺线型双金属片材料科学与工程学院材料科学与工程学院SNNS螺旋型双金属片螺旋型双金属片DNA双螺旋结构双螺旋结构1.点击空白处，再点击温度表材料科学与工程学院材料科学与工程学院SNNS螺旋型双金属片螺旋型双金属片DNA双螺旋结构双螺旋结构材料科学与工程学院材料科学与工程学院NSNS椭圆或扁圆椭圆或扁圆中空横截面中空横截面V温包温包1.点击C形管材料科学与工程学院材料科学与工程学院NSNS弹性悬臂梁弹性悬臂梁V材料科学与工程学院材料科学与工程

10、学院弹性悬臂梁弹性悬臂梁VNNSSMM材料科学与工程学院材料科学与工程学院NSNS波纹管波纹管杠杆杠杆V1.点击波纹管。材料科学与工程学院材料科学与工程学院dIBRdIBUHHV轴向磁极式轴向磁极式径向磁极式径向磁极式遮断式遮断式轴向磁极式轴向磁极式材料科学与工程学院材料科学与工程学院V径向磁极式径向磁极式径向磁极式径向磁极式遮断式遮断式轴向磁极式轴向磁极式材料科学与工程学院材料科学与工程学院V遮断式遮断式N径向磁极式径向磁极式遮断式遮断式轴向磁极式轴向磁极式S NS N铁磁性材料将增强磁场铁磁性材料将增强磁场反铁磁性材料将削弱磁场反铁磁性材料将削弱磁场软铁调制盘软铁调制盘材料科学与工程学院材

11、料科学与工程学院V径向磁极式径向磁极式涡轮涡轮材料科学与工程学院材料科学与工程学院涡轮涡轮V遮断式遮断式N材料科学与工程学院材料科学与工程学院I材料科学与工程学院材料科学与工程学院缺口缺口圆环圆环（软磁材料）霍尔片霍尔片材料科学与工程学院材料科学与工程学院1.1.工作原理：霍尔效应工作原理：霍尔效应2.2.应用：应用：3.3.霍尔片材料霍尔片材料4.4.霍尔片结构图霍尔片结构图5.5.霍尔片主要技术指标霍尔片主要技术指标6.6.霍尔元件特性曲线霍尔元件特性曲线7.7.温度对霍尔元件影响温度对霍尔元件影响8.8.不等电位势的几种补偿线路不等电位势的几种补偿线路材料科学与工程学院材料科学与工程学院

12、 N型硅型硅Si， N型锗型锗Ge，锑化铟（，锑化铟（InSb）、砷化铟）、砷化铟（InAs）、砷化镓（）、砷化镓（GaAs）等。）等。 -+IBUHddIBRdIBUHH材料科学与工程学院材料科学与工程学院 霍尔元件常用非导磁金属和环氧树脂封装而成霍尔元件常用非导磁金属和环氧树脂封装而成.控制电极控制电极霍尔电极霍尔电极材料科学与工程学院材料科学与工程学院 额定控制电流额定控制电流IC和最大控制电流和最大控制电流Icm 乘积灵敏度乘积灵敏度KH 输入电阻输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro 不等位电势不等位电势UM和不等位电阻和不等位电阻RM 霍尔电势温度系数霍尔电势温度系数a.材料科学与工

13、程学院材料科学与工程学院灵敏度灵敏度KH ： 指元件在单位磁感应强度和单位控制电指元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所得到的开路霍尔电压。流下所得到的开路霍尔电压。 输入电阻输入电阻Ri：指元件的两控制极之间的等效电阻。：指元件的两控制极之间的等效电阻。 dIBRdIBUHH额定控制电流额定控制电流IC和和最大控制电流最大控制电流Icm ：前者指霍尔片正常：前者指霍尔片正常工作时控制电极间的电流。工作时控制电极间的电流。材料科学与工程学院材料科学与工程学院输出电阻输出电阻Ro ：指两个霍尔电极之间的等效电阻。：指两个霍尔电极之间的等效电阻。不等位电势不等位电势UM ：在额定控制电流作用下，无

14、外加磁场：在额定控制电流作用下，无外加磁场时，由于材料电阻率的不均匀，两个电极不在同一等位时，由于材料电阻率的不均匀，两个电极不在同一等位面上，霍尔元件的厚度不均匀等原因，在两霍尔电极之面上，霍尔元件的厚度不均匀等原因，在两霍尔电极之间的空载电势。间的空载电势。不等位电阻不等位电阻RM：不等位电势与额定控制电流之比。：不等位电势与额定控制电流之比。材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院第五章第五章 磁电式传感器磁电式传感器NVNSSNS 材料科学与工程学院材料科学与工程学院习题习题1. 描绘角速度型动铁式和动衔铁式传感器的结构和描绘角速度型动铁式和动衔铁式传感器的结构和工作原理示意图。工作原理示意图。2. 电磁流量计工作原理是什么电磁流量计工作原理是什么?3. 为什么直流磁场的电磁流量计不能测量电解质溶为什么直流磁场的电磁流量计不能测量电解质溶液的流量液的流量4. 阐述霍尔效应与磁阻效应阐述霍尔效应与磁阻效应. 描绘霍尔位移传感器、描绘霍尔位移传感器、霍尔力传感器、霍尔加速度传感器、霍尔气体压霍尔力传感器、霍尔加速度传感器、霍尔气体压力传感器、霍尔温度传感器的结构示意图并简要力传感器、霍尔温度传感器的结构示意图并简要说明其工作原理。说明其工作