传感器与检测技术 8电动机转速测量装置分析与设计

传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——项目导入项目导入霍尔转速测量仪知识目标能力目标素质目标知识技能素质霍尔传感器工作原理集成霍尔传感器霍尔传感器应用项目实施霍尔传感器特性实验电动机转速测量装置分析设计项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——项目导入8.1项目导入8.1项目导入一、案例介绍利用霍尔传感器的转速测量仪8.1项目导入二、教学目标1）掌握霍耳传感器的工作原理，了解直流激励、交流激励时霍尔式传感器的特性。2）熟悉霍耳传感器的应用。3）熟悉集成霍耳传感器性能、选型、使用、安装及调试。知识目标1）会根据使用场合、传感器特性等选择不同霍尔传感器及型号。2）会根据传感器手册正确使用霍尔传感器。3）会根据性能要求分析和设计转速检测装置。能力目标1）具备专注负责、爱岗敬业的劳动精神。2）具备合作交流、团队协作的品质和意识。3）具备遵从标准、推崇规范的优良素质。素质目标传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——相关知识与技能：霍尔传感器工作原理8.2相关知识与技能8.2.1霍尔传感器工作原理一、霍尔效应cdabB

当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电压。I洛仑磁力向内测偏移正电荷负电荷UH8.2.1霍尔传感器工作原理一、霍尔效应8.2.1霍尔传感器工作原理一、霍尔效应1）霍耳电压UH与材料的性质有关。ρ、μ大，RH就大，一般采用N型半导体2）霍耳电压UH与元件的尺寸有关。厚度d愈小，UH愈大，故霍尔元件都比较薄。但d太小，会使元件输入、输出电阻增加l/b对UH有影响，为减少短路影响，一般l/b=2，l/b太大会使输入功耗增加，降低元件的输出材料导电性能导体绝缘体半导体Ρ小μ大，RH小Ρ大μ小，RH小P型：Ρ中μ小，RH小N型：Ρ中μ大，RH大X∝B∝UH8.2.1霍尔传感器工作原理二、霍尔元件（B）霍耳元件图形符号（C）基本测量电路B（Ａ）霍耳元件结构传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——相关知识与技能：集成霍尔传感器8.2相关知识与技能8.2.2集成霍尔传感器一、线性型集成霍尔传感器线性型霍尔集成传感器结构图UGN3501M外形图UGN3501M输出特性定量检测磁场强度，做成霍尔电流表8.2.2集成霍尔传感器二、开关型集成霍尔传感器OC门施密特触发电路双端输入、单端输出运放霍尔元件.Vcc8.2.2集成霍尔传感器二、开关型集成霍尔传感器回差越大，抗振动干扰能力就越强。当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？BUo

做被测物体的有无检测、接近觉检测、转速测量等史密特输出特性传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——相关知识与技能：霍尔传感器应用8.2相关知识与技能8.2.3霍尔传感器应用一、磁场测量常用有高斯计（特斯拉计）原理:把霍耳传感器放在待测磁场中,通以恒定的电流,其输出电压就反映了磁场的大小.霍耳元件霍耳元件磁铁8.2.3霍尔传感器应用二、位移测量8.2.3霍尔传感器应用三、电流测量霍耳钳形电流表（交直流两用）压舌豁口8.2.3霍尔传感器应用三、电流测量霍耳钳形电流表演示直流200A量程被测电流的导线未放入铁心时示值为零70.9A8.2.3霍尔传感器应用三、电流测量钳形表的环形铁心可以张开，导线由此穿过70.9A8.2.3霍尔传感器应用三、电流测量铁心线性霍耳ICUH=KHIB

I

I

霍耳电流传感器演示I∝B∝UH

控制电流被测电流8.2.3霍尔传感器应用三、电流测量霍耳钳形电流表的使用被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中

8.2.3霍尔传感器应用三、电流测量

叉形钳形表漏磁稍大，但使用方便

用钳形表测量电动机的相电流8.2.3霍尔传感器应用四、转速测量霍耳式接近开关用于转速测量演示开关型霍尔ICn60=f4(r/min)软铁分流翼片T8.2.3霍尔传感器应用四、转速测量霍耳转速传感器在ABS中的应用8.2.3霍尔传感器应用五、角位移测量霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变电势。cdba8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关无接触发信——接近开关当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关采用霍尔传感器的液位控制系统8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）3）作无触点开关1NS018.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）3）作无触点开关、无触点点火装置（无磨损、点火时间准确、高速时动力足）桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开霍尔接近开关的应用

霍尔式无触点汽车电子点火装置

采用霍耳式无触点电子点火装置能较好地克服汽车合金触点点火时间不准确、触点易烧坏、高速时动力不足等缺点。汽车点火线圈高压输出接头12V低压电源输入接头8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开霍尔接近开关的应用汽车电子点火装置使用的点火控制器、霍耳传感器及点火总成磁铁点火总成8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）3）作无触点开关、无触点点火装置（无磨损、点火时间准确、高速时动力足）4）机械手定位检测8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）3）作无触点开关、无触点点火装置（无磨损、点火时间准确、高速时动力足）4）机械手定位检测5）角位移、转速测量霍耳式接近开关用于转速测量演示开关型霍尔ICn60=f4(r/min)软铁分流翼片T8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）3）作无触点开关、无触点点火装置（无磨损、点火时间准确、高速时动力足）4）机械手定位检测5）角位移、转速测量6）霍尔式无刷电机8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开霍尔接近开关的应用光驱用的无刷电动机内部结构8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用普通直流电动机使用的电刷和换向器电动自行车可充电电池组无刷电动机去速度控制器利用PWM调速8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用1）检测手机有无翻盖或滑盖2）检测图书有无经过图书管理人员的消磁处理（霍尔式图书词条检测仪）3）作无触点开关、无触点点火装置（无磨损、点火时间准确、高速时动力足）4）机械手定位检测5）角位移、转速测量6）霍尔式无刷电机7）计数8.2.3霍尔传感器应用六、霍尔接近开关霍尔接近开关的应用NS霍尔元件钢珠绝缘传送带磁钢信号输出应用：霍尔计数装置传感器可输出峰值20mV脉冲电压+VCCC22μVT11KSN计数器LM741SL3051+12V470K470K1K10K传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——项目实施：霍尔传感器特性实验8.3项目实施8.3.1霍尔传感器特性实验一、线性型集成霍尔传感器位移特性实验1．实训器件主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头2．实训步骤1）安装霍尔传感器2）接线3）上电4）位移测量并记录8.3.1霍尔传感器特性实验二、线性型集成霍尔传感器交流激励时的位移性能实验1．实训器件主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、音频振荡器、电压表；测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双踪示波器2．实训步骤1）相敏检波器电路调试8.3.1霍尔传感器特性实验二、线性型集成霍尔传感器交流激励时的位移性能实验1．实训器件主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、音频振荡器、电压表；测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双踪示波器2．实训步骤1）相敏检波器电路调试2）安装霍尔传感器3）接线4）上电8.3.1霍尔传感器特性实验二、线性型集成霍尔传感器交流激励时的位移性能实验1．实训器件主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、音频振荡器、电压表；测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双踪示波器2．实训步骤1）相敏检波器电路调试2）安装霍尔传感器3）接线4）上电5）松开测微头安装孔上的紧固螺钉8.3.1霍尔传感器特性实验三、开关型集成霍尔传感器测转速实验1．实训器件+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转速测量装置2．实训步骤1）安装霍尔转速传感器2）接线3）上电4）转速测量并记录传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——项目实施：电动机转速测量装置分析设计8.3项目实施8.3.2电动机转速测量装置分析设计一、设计思路8.3.2电动机转速测量装置分析设计二、电路分析8.3.2电动机转速测量装置分析设计三、转速的计算方法分析1.定时计数法（测频法/M法）转速相对误差

8.3.2电动机转速测量装置分析设计三、转速的计算方法分析2.定数计时法（测周法/T法）转速相对误差

8.3.2电动机转速测量装置分析设计三、转速的计算方法分析3.同步计数计时法（M/T法）其测量时间转速相对误差

传感器与检测技术电动机转速测量装置分析与设计——项目小结与评价：项目小结8.4项目小结与评价8.4.1项目小结1）霍尔传感器可以非接触式地测量磁场及与磁场相关的电流、位移、液位、压力、转速、流量参数。2）集成霍尔传感器有线性型和开关型。前者的输出信号与被测量成线性比例关系；后者的输出为开关信号，且具有施密特特性，典型的应用是霍尔接近开关。3）霍尔钳形电流表利用线性集成霍尔传感器实现了非接触式测量导体内部电流。4）霍尔接近开关可实现位置检测，常用于零部件定位、无触点开关、无刷电动机中。5）霍尔接近开关还可实现计数功能，常用于转速测量；转速的计算方法有定时计数法（测