传感器课件5、磁电式传感器d

1、，第五章磁力传感器，下一页，返回，磁力传感器是使用电磁感应原理将输入动作速度或磁量的变化转换为感应电位输出的传感器。磁电传感器是一种自源传感器。也称为感应传感器、电传感器(机械-电能转换传感器)。不需要外部电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，具有适用于振动、速度、扭矩测量的恒定频率响应范围(一般为101000Hz)。这种传感器的大小和重量都很大。根据5.1基本原理和结构，法拉第电磁感应法，当w-torn线圈在磁场中运动，切断磁力线或线圈所在磁场的磁通量变化时，线圈产生的感应电动势e的大小与通过线圈的磁通量变化率相关，即磁通量变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度相关，因此，改变这些因素之

2、一可能会改变线圈的感应电动势。根据工作原理，磁感应传感器可以分为可变磁通和恒定磁通，即磁阻传感器和动态圆传感器。配置测量线速度和角速度的传感器。可变磁通量：线圈和磁铁之间没有相对运动，由移动的测量对象(导向材料)改变磁路的磁电阻，磁通量变化在线圈中产生感应电位。恒磁通过：恒定直流磁场，由于磁场中工作的气隙固定，气隙的磁通量也是恒定的。线圈和磁铁之间存在相对运动，线圈切割磁力线产生与相对速度v成比例的感应电位e。可变磁通传感器结构的示意图，由测量主轴驱动的椭圆测量齿轮在磁场气隙中以恒定速度旋转，因此气隙的平均长度周期性变化，磁路磁阻也周期性变化，磁通量在具有相同周期性的线圈中产生感应电动势，其频

3、率f与测量齿轮速度n(r/min)成正比。也就是说，f=n/60。可变磁通传感器对环境条件要求不高，可以在-15090温度下工作，也可以在油、细水雾、灰尘等条件下工作。最低工作频率大约从50Hz到最高100Hz。可变磁通磁传感器，线圈截面面积为a，最大和最小磁感应强度的差值为b，w为线圈灯。诱发电位e为：工作原理：当壳体与测量的振动体一起振动时，永久磁铁产生线圈和相对运动，切断磁力线，使相对运动速度接近振动体振动速度。切断磁力线会产生感应电位e:恒定磁通磁力传感器，如果确定了传感器结构，电位e只与速度v相关，传感器灵敏度：5.5孔传感器可以检测磁场的变化并将其转换为电信号输出。5.5.1孔元素

4、和孔效果，1。霍尔效应放置在磁场中的静止载流导体，当电流的方向与磁场的方向不一致时，在电流与磁场平行的两个面之间产生电动势(霍尔电势)。霍尔效应演示，磁场垂直于薄片时，电子受到洛伦兹力的作用，向后偏移，在半导体薄片c，d方向的端面之间构建霍尔电势。c，d，a，b，UH，电子在FL的作用下漂移，在两侧累积，形成额外的内部电场，这称为霍尔电场。霍尔电场是由方向移动电子受FL，以及霍尔电场力FE，霍尔电场力不会持续积累电荷。随着电荷的积累增加，霍尔电场力也增加，当FL=FE时，电荷不再积累，达到平衡状态。电子以电流的相反方向运动，具体分析：霍尔传感器原理表达式：为什么：霍尔元件的长度和宽度可以小到几

5、十微米，厚度可以小到几微米，因此霍尔元件和辅助电路可以集成到一个芯片上。各种材料的孔常数RH，N型锗，硅：大孔系数，温度性能，良好的线性度，5.5.2孔元素主要特性参数，结构：孔座，4个引线，壳体；矩形半导体单晶薄板；外壳用非磁性材料包装。两个表示符号，(1)产品灵敏度KH，即单位磁感应强度和单位控制电流的情况下获得的开路电位；(2)额定控制(此处)电流I:适用于将大厅温度升高到10的控制电流值仅限于热条件下允许的最大高温节相；(3)输入电阻：表示此电极之间的电阻值。输出电阻：表示孔电位输出极之间的电阻值。(4)不等电位U0和不等电阻r0:不等电位也称为零电位。如果控制磁感应强度为0 (B=0

6、)，此电流为额定值I，孔电极之间的空载(RL=)，则孔电位U0也存在。其主要原因是制造工艺不能保证双孔电极完全对称地焊接在等电位面上。一般要求UO1mV。必要的话要赔偿。电阻r0是不等电位U0与激发电流I的比率。不等电位和不等电阻在直流中测量。(5)寄生直流电位：当控制磁场为0，激励电流为额定交流电流时，霍尔电极之间的空载电位为直流电位和交流电位之和。在这种情况下，直流电位称为寄生直流电位。交流电位称为交流不等电位。交流不等电位的原因与不等电位相同。寄生直流电位是由电极和基板之间的非欧姆接触(接触不良)和两孔电极钎焊大小不同的直流温差电位引起的。(6)孔电位温度系数和电阻温度系数：在磁感应强度

7、和控制电流恒定的情况下，与温度变化1对应的孔电位，孔阻力值的百分比，一般为(10-210-4)/体积，必要时温度补偿。(7)操作温度范围：组件温度过高或过低时，电子浓度大幅增加或降低，导致组件无法正常工作。铟锑化的正常工作温度范围为0 40，锗为-40 75，硅为6050，砷化镓为60200。不等电位U0与霍尔电位UH的标度相同，有时超过霍尔电位。实用地消除K5;霍尔元件等效电路：是桥电路，可以分析桥平衡，补偿不等电位。对不等于5.5.3的电位和温度误差的补偿，1，对不等于的电位的补偿，桥接平衡：理想情况下，电极a，b位于相同的对立表面，r1=r2=r3=r4，U0=0。实际上，a，b电极不在

8、同一对侧，桥上的4个电阻不相等，桥不平衡为U00。补偿方法如图所示。根据a，b两点电位的高低，我们认为桥应该平行应用一定的阻力，以便平衡。u0=0。2 .温度误差及其补偿，霍尔元件由半导体材料制成，因此很多因素具有更大的温度系数。温度变更时，孔元件的托架强度、移动率、阻抗和孔系数发生变更，从而导致孔元件发生温度错误。UH=KHIB表明，为了减少霍尔元件的温度误差，选择温度系数较小的组件，或使用温度调节器低的电源稳定霍尔电位的有效措施。只能减少输入电阻随温度变化时产生的激发电流I的变化。温度补偿方法：大多数孔元素的温度系数为正，孔电位随温度的增加而增加t倍。如果让这里的电流s相应减少，KH s积保持不变，则可以随着温度的增加抵消KH的影响。或直接减少输出。孔元素的敏感系数KH也是温度的函数，导致孔电位随温度变化而变化。孔元素的灵敏度和温度的关系如下：5.5.4霍尔传感器的应用，1 .微位移和机械振动测量；(a)5毫米分辨率0.001毫米的动态范围；