传感检测技术及其应用第9章

1、2022-4-82022-4-82第第9 9章章 磁电式传感器及应用磁电式传感器及应用 磁电式传感器磁电式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。 3. 2.1. 磁敏式传感器；磁敏式传感器；磁栅式传感器；磁栅式传感器；磁电感应式传感器；磁电感应式传感器；磁电式传感器磁电式传感器磁电感应式传感器磁电感应式传感器主要是利用导体和磁场相对运动产主要是利用导体和磁场相对运动产生感应电势，该类传感器只适用于动特测量，可直接生感应电势，该类传感器只适用于动特测量，可直接测量振动物体的速度或旋转体

2、的角速度。测量振动物体的速度或旋转体的角速度。磁栅式传感器磁栅式传感器则是利用磁头和磁栅相对移动，从而在则是利用磁头和磁栅相对移动，从而在磁头上感应出电信号。磁头上感应出电信号。2022-4-83磁敏式传感器磁敏式传感器是利用固体中的磁电转换效应为基础，是利用固体中的磁电转换效应为基础，使载流半导体在磁场中有磁电效应（霍尔效应）而使载流半导体在磁场中有磁电效应（霍尔效应）而输出电势。主要有霍尔传感器、磁阻传感器、磁敏输出电势。主要有霍尔传感器、磁阻传感器、磁敏二极管和磁敏三极管等。二极管和磁敏三极管等。 霍尔元件及霍尔传感器霍尔元件及霍尔传感器是磁电传感器中生产量是磁电传感器中生产量最大的一种

3、，有着广泛的应用，本章重点介绍霍尔最大的一种，有着广泛的应用，本章重点介绍霍尔传感器及其应用。传感器及其应用。9.1 9.1 霍尔效应及霍尔元件霍尔效应及霍尔元件一、一、霍尔效应霍尔效应2022-4-84霍尔电势霍尔电势VH为为 VH=kHICBsin式中式中kH霍尔元件灵敏度；霍尔元件灵敏度； IC 控制电流控制电流(A)； B 磁感应强度磁感应强度(T); 受磁面与磁场夹角。受磁面与磁场夹角。二、二、霍尔元件材料及特性霍尔元件材料及特性 霍尔元件常用材料有霍尔元件常用材料有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)。目前霍

4、。目前霍尔元件主要材料是锑化铟尔元件主要材料是锑化铟(InSb)、砷化镓、砷化镓(GaAs)。2022-4-852022-4-861. 1. InSbInSb材料霍尔元件特性材料霍尔元件特性2. GaAs材料霍尔元件特性材料霍尔元件特性（1 1）稳定性好）稳定性好（2 2）霍尔电压受温度变化影响较大（温度系数大）霍尔电压受温度变化影响较大（温度系数大）（3 3）频率特性较差）频率特性较差（1 1）霍尔电压的温度系数较小）霍尔电压的温度系数较小（2 2）线性度好）线性度好（3 3）灵敏度低）灵敏度低2022-4-87三、三、霍尔元件主要技术参数霍尔元件主要技术参数1.输入电阻输入电阻RIN和输出

5、电阻和输出电阻ROUT2.额定控制电流额定控制电流IC3.不等位电势不等位电势V0和不等位电阻和不等位电阻R04.灵敏度灵敏度kH5.霍尔电压温度系数霍尔电压温度系数6.电阻温度系数电阻温度系数7.灵敏度温度系数灵敏度温度系数8.线性度线性度四、四、温度及不等位电势补偿温度及不等位电势补偿1.温度补偿温度补偿2022-4-88式中式中霍尔电压温度系数；霍尔电压温度系数； 电阻温度系数；电阻温度系数； RIN霍尔元件输入电阻。霍尔元件输入电阻。并联电阻温度补偿并联电阻温度补偿R=RIN/2.不等位电势不等位电势V0的补偿的补偿2022-4-89五、五、霍尔元件基本应用电路霍尔元件基本应用电路1.

6、1.基本应用电路基本应用电路/()CbABHIERRR ()/ABbCHCRREI RI ,CHbImA REV 520012ABRR 2200如图如图9-8所示，霍尔元件的控制电流所示，霍尔元件的控制电流则有则有假设假设则可求得则可求得由于由于RH是变化的，引起电流变化，可能使霍尔电压是变化的，引起电流变化，可能使霍尔电压失真。为此，失真。为此，(RA+RB)要大于要大于RH以抑制以抑制IC变化。变化。2022-4-810（1）如图）如图9-9（a）所示是没有外接偏置电阻的电）所示是没有外接偏置电阻的电路，其特点如下：路，其特点如下：#适用于由于适用于由于RH较大的霍尔元件；较大的霍尔元件；

7、#霍尔电流霍尔电流IC=Eb/RH;#磁阻效应影响较大；磁阻效应影响较大；（2）如图）如图9-9（b）所示，电源正端与霍尔元件之）所示，电源正端与霍尔元件之间接偏置电阻间接偏置电阻R，电路特点如下：，电路特点如下：2022-4-811#RH较小时使用；较小时使用；#如果如果RRH，磁阻效应影响较小；，磁阻效应影响较小；#RRH时为恒流驱动；时为恒流驱动；#霍尔电流霍尔电流IC=Eb/（R+RH);#Vb较小，较小，VB= = ICRH/2；（3）如图）如图9-9（c）所示，电源负端与霍尔元件之）所示，电源负端与霍尔元件之间接偏置电阻间接偏置电阻R，电路特点如下：，电路特点如下：#RH较小时使用

8、；较小时使用；#如果如果RRH，磁阻效应影响较小；，磁阻效应影响较小；#RRH时为恒流驱动；时为恒流驱动；#霍尔电流霍尔电流IC=Eb/（R+RH);#Vb较大，较大，VB= = IC（RH/2+R)。2022-4-8122.恒压工作电路恒压工作电路3.恒流工作电路恒流工作电路2022-4-8134.霍尔元件放大电路霍尔元件放大电路2022-4-8142022-4-8159.2 9.2 霍尔传感器霍尔传感器 霍尔传感器霍尔传感器是将霍尔元件、放大电路、温度补是将霍尔元件、放大电路、温度补偿电路及稳压电源等集成于一个芯片上构成的传感偿电路及稳压电源等集成于一个芯片上构成的传感器。器。 分为分为线

9、性霍尔传感器线性霍尔传感器和和开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器。一、一、线性霍尔传感器线性霍尔传感器 线性型霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度线性型霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度在一定范围内呈线性关系。在一定范围内呈线性关系。 主要有单端输出和双端输出（差动输出）两主要有单端输出和双端输出（差动输出）两种，如下图。种，如下图。2022-4-8162022-4-817UGN3501T2022-4-8182022-4-8192022-4-820UGN3501M2022-4-8212022-4-8222022-4-823二、二、开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器2022-4-8242022-4-8

10、25三、三、霍尔电流传感器和霍尔功率传感器霍尔电流传感器和霍尔功率传感器9.3 霍尔元件及霍尔传感器的应用霍尔元件及霍尔传感器的应用一、一、霍尔传感器测电流霍尔传感器测电流软磁材料圆环，截面积为软磁材料圆环，截面积为44mm2，圆环中心直径，圆环中心直径为为40mm，圆环上有一开口，可以放入，圆环上有一开口，可以放入UGN3501T,2022-4-826圆环上绕有圆环上绕有11匝线圈，并通过检测匝线圈，并通过检测电流。根据磁路理论可以计算出电电流。根据磁路理论可以计算出电流为流为50A时，可以产生时，可以产生0.3T磁场强度磁场强度。由于。由于UGN3501M的灵敏度为的灵敏度为1.4mV/m

11、T，则，则050A电流，其输出电流，其输出电压范围为电压范围为0420mV。由。由UGN3501M、ICL7106、LCD组成的数显电流表组成的数显电流表如图所示。如图所示。 ICL7106是三位半是三位半A/DA/D转换器，并带有转换器，并带有LCD/LEDLCD/LED驱动器。驱动器。2022-4-8272022-4-828二、二、霍尔转速测量装置霍尔转速测量装置2022-4-829三、三、霍尔开关电子点火器霍尔开关电子点火器四、四、霍尔元件直流无刷电机换相控制霍尔元件直流无刷电机换相控制2022-4-830五、五、其它应用其它应用2022-4-831思考题思考题1.什么是霍尔效应？什么是霍尔效应？2.霍尔元件为什么要进行温度补偿和不等位电势补偿？霍尔元件为