传感检测技术及其应用-第9章

传感检测技术及其应用

第二篇典型传感器的原理

及其应用技术4/1/2024第9章磁电式传感器及应用

磁电式传感器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。磁电感应式传感器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，可直接测量振动物体的速度或旋转体的角速度。磁栅式传感器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。4/1/20242磁敏式传感器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。

霍尔元件及霍尔传感器是磁电传感器中生产量最大的一种，有着广泛的应用，本章重点介绍霍尔传感器及其应用。9.1霍尔效应及霍尔元件一、霍尔效应4/1/20243霍尔电势VH为

VH=kHICBsinθ式中kH－霍尔元件灵敏度；

IC－控制电流(A)；

B－磁感应强度(T);

θ－受磁面与磁场夹角。二、霍尔元件材料及特性

目前主要有锑化铟(InSb)、砷化镓(GaAs)。两种材料的霍尔元件特性如图9－4所示，都具有良好的线性。4/1/202441.InSb材料霍尔元件特性2.GaAs材料霍尔元件特性4/1/20245三、霍尔元件主要技术参数1.输入电阻RIN和输出电阻ROUT2.额定控制电流IC3.不等位电势V0和不等位电阻R04.灵敏度kH5.霍尔电压温度系数α6.电阻温度系数β7.灵敏度温度系数γ8.线性度四、温度及不等位电势补偿1.温度补偿4/1/20246式中α－霍尔电压温度系数；

β－电阻温度系数；

RIN－霍尔元件输入电阻。并联电阻温度补偿R=βRIN/α2.不等位电势V0的补偿4/1/20247五、霍尔元件基本应用电路1.基本应用电路4/1/202482.恒压工作电路3.恒流工作电路4/1/202494.霍尔元件放大电路4/1/2024104/1/2024119.2霍尔传感器霍尔传感器是将霍尔元件、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器。分为线性霍尔传感器和开关型霍尔传感器。一、线性霍尔传感器4/1/202412二、开关型霍尔传感器4/1/202413三、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一、霍尔传感器测电流软磁材料圆环，截面积为4×4mm2，圆环中心直径为40mm，圆环上有一开口，可以放入UGN3501T,4/1/202414圆环上绕有11匝线圈，并通过检测电流。根据磁路理论可以计算出电流为50A时，可以产生0.3T磁场强度。由于UGN3501M的灵敏度为1.4mV/mT，则0～50A电流，其输出电压范围为0～420mV。由UGN3501M、ICL7106、LCD组成的数显电流表如图所示。ICL7106是三位半A/D转换器，并带有LCD/LED驱动器。4/1/2024154/1/202416二、霍尔转速测量装置4/1/202417三、霍尔开关电子点火器四、霍尔元件直流无刷电机换相控制4/1/202418五、其它应用4/1/202419思考题1.什么是霍尔效应？2.霍尔元件为什么要进行温度补偿和不等位电势补偿？3.如图所示，相同的两块永久磁铁，同极性相对安装，试说明测量位移的原理。4.要进行两个电压U1、U2乘法运算，若采用霍尔元件作为运算器，试画出测量原理图，说明其原理。4/1/2024204/1/2024214/1/2024224/1/2024234/1/2024244/1/2024254/1/2024264/1/2024274/1/2024284/1/2024294/1/202430