傳感器原理速度傳感器磁電霍爾

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1、適用的測(cè)速 傳感器較多 帶銷、微型電機(jī) 速度測(cè)量概述 1、轉(zhuǎn)速測(cè)量中主要考慮的問(wèn)題 1）被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的速度范圍 超低速(0?10?2.00r/min) 低速(0.5 ?500r/min) 中高速(2O~2OOOOr/min) (500?200000r/min) 超高速(500?600000r/min) (0.10 ?600000r/min) 2）被測(cè)物體可測(cè)點(diǎn)幾何形狀 例：光軸、齒輪、葉片、帶孔、帶槽、 3）環(huán)境條件 4）動(dòng)態(tài)/靜態(tài)時(shí)的顯示、記錄、控制 5）誤差、響應(yīng)時(shí)間、輸出控制形式 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、轉(zhuǎn)速測(cè)量的分類及實(shí)現(xiàn)方案 根據(jù)傳感器安裝方

2、式: 1接觸式 2非接觸式 根據(jù)傳感器不同: 1磁電 2光電 3霍爾 4磁敏 傳感器 測(cè)量范圍(kHz) 感應(yīng)對(duì)象 檢測(cè)距罔(mm) 應(yīng)用場(chǎng)合 磁敏傳感器 0?10 鐵、電工鋼 0.5 ?1.5 速度、位移 磁電傳感器 50?5000 電工鋼 0.5-1 速度 霍爾傳感器 0~10 磁鐵 1~5 速度、位移 光電傳感器 0-10 自然光、紅外 光 1-15 速度、位移 接近開(kāi)關(guān) 0 ?200Hz 代感:4 彳娛理■連.畬矗晞僞些 1?5 ———— 速度、位移  3、轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 1)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的基本組成

3、: 傳感器及 覦電塔 信號(hào)處 理電路 顯杉 電路 單位r/min r/s 頻率-> 轉(zhuǎn)速 N=f/分頻數(shù) 電源 4、轉(zhuǎn)速傳感器的選擇原則 2)轉(zhuǎn)速測(cè)量基本方法 頻率T電壓轉(zhuǎn)換(f/V) 廿 定數(shù)采樣：這種方法其實(shí)是測(cè)量單個(gè)脈沖的周期 或指定個(gè)數(shù)脈沖的總周期。這種測(cè)量脈沖的方法 又叫做測(cè)周法。 定時(shí)采樣。這種方法其實(shí)是測(cè)量單位時(shí)間的脈沖 個(gè)數(shù)。這種測(cè)量脈沖的方法又叫做測(cè)頻法。 ①測(cè)量環(huán)境 ④價(jià)格 黑需割器原i勰I器磁電霍爾 一、霍爾效應(yīng)和霍爾元件的工作原理* 1、 霍爾效應(yīng) 在半導(dǎo)體薄片中通 以電流I,在與薄片垂直 方向加

4、磁場(chǎng)B,則在半 導(dǎo)體薄片的另外兩端， 產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電 流I和B乘積成正比的電 動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍 爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱為霍 爾電勢(shì)，該薄片稱為霍 爾元件。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 No Image 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、霍爾電勢(shì) 單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所 能輸出的霍爾電勢(shì)的大小。單位是mV/ (mA① 霍爾電壓％為： 器慕我導(dǎo)體單位初 心“咕KJB 口寫(xiě)牛靈敏度 ,KH = 1/ned 意義：與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)

5、，決 定霍爾電勢(shì)的強(qiáng)弱。 霍耳器件薄膜化是提高靈敏度的一個(gè)途徑。 若磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與霍爾元件的平面法線夾 角為0時(shí)，霍耳電勢(shì)應(yīng)為： VH = Kh1 B cos〃 霍爾器件符號(hào) —般為 4mmX2mmX0.1mm rn A B %色— H 一 1 — 導(dǎo)線 D A 綠色 導(dǎo)線 紅色 導(dǎo)線 導(dǎo)線 As B:電極端，稱為元件電流端、控制電流端或 輸入電流端。 C、D:霍耳輸出端，稱為霍爾端或輸出端。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 霍爾元件一般采用具有N型的豬、錦化鈿和碑化 八、、 錮等半導(dǎo)體單晶材料制成。 1

6、 ?舖化錮元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。 2■錯(cuò)元件的輸出雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。 11 3■確化鈿元件的輸出信號(hào)沒(méi)有錦化鈿元件大，但是受溫 度的型鰹b錦化鈿的要小，而且線性度也較好。 采用確化鋼為霍爾元件的材料得到普遍應(yīng)用。 材料：錯(cuò)*;硅、確化鐐、確化錮、舖化錮# 濺射工藝制作的 錦化鈕霍爾元件  霍爾元件的主要特性參數(shù): O(i)輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻：控制電極間的電阻 輸出電阻：霍爾電極之間的電阻 O (2)額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在 空氣中產(chǎn)生10C溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制電流值 最大

7、允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對(duì) 應(yīng)的控制電流值 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 (3)不等位電勢(shì)U。和不等位電阻廠。 O不等位電勢(shì)：當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)， 若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測(cè)得的空載霍 爾電勢(shì)。 O不等位電勢(shì)是由霍爾電極2和之間的電阻決定的, r 稱不等位電阻 2 1 1 1 1 1 1 r 1 1 0 1 1 1 1 2* 霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo) 型號(hào) 材料 控制 電流 (mA) 霍爾 電壓 (mV, 輸入 電阻 (Q) 輸出 電阻 (Q) 靈敏度 (mV/m A.T) 等電有V)

8、 不位勢(shì)(m 溫系知 VH度如丿 EA218 InAs 100 > 8.5 3 1.5 > 0.35 <0.5 0. 1 FA24 InAsP 100 > 13 6.5 2.4 >0.75 <1 0.07 VHG-110 GaAs 5 5 -10 200-800 200-800 30-220 〈"的 20% -0.05 AG1 Ge 20max > 5 40 30 >2.5 -0.02 MF07FZZ InSb 10 40-290 8-60 8-65 一 10 -2 MF19FZZ InSb

9、 10 80-600 8-60 8-65 一 + 10 -2 MH07FZZ InSb IV 80-120 80-400 80-430 10 -0.3 MH19FZZ InSb IV 150-250 80-400 80-430 + 10 -0.3 KH-400A InSb 5 250-550 240-550 50-110 50-1100 10 <-0.3 特點(diǎn): (1) 測(cè)量磁物理量、電量及其它物

10、理量 (2) 實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，構(gòu)成各種非線性運(yùn)算部件 (3) 輸出信號(hào)的信噪比大 頻率范 寬：直流~數(shù)百千赫茲 (5) 體積小、重量輕 (6) 穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng) 四、霍爾元件連接方式和輸出電路 JL 1 W1 —| W2 2、霍爾元件連接方式 直流供電方式： 控制電流端并聯(lián) 輸出電勢(shì)為：2倍 Uh B B 感器磁電霍爾 交流供電方式： 控制電流端串聯(lián) 次級(jí)繞阻疊加輸岀 A 2 Rr 7?4 7?3 1-1 5/

11、1 3、霍爾電勢(shì)的輸出電路 四端器件 輸出電勢(shì)：mV量級(jí) 線性應(yīng)用：比例放大器 線性度好、低噪聲放大器 R\ Ri 7?4 開(kāi)關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器 靈敏度高：一般放大器 1-15/ T 竣電霍爾 五、霍爾元件的測(cè)量誤差及補(bǔ)償方法 半導(dǎo)體固有特性 溫度誤差 半導(dǎo)體制造工藝缺陷 零位誤差 Is零位誤差及補(bǔ)償 A、B同一等位面：Uo = Os電橋平衡 B非同一等位面: 電橋不平衡 電橋補(bǔ)償原理：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾

12、 3 w 集成整爾元件 可分為線性型和開(kāi)關(guān)型兩大類 六、霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器 磁敏傳感器器磁電霍爾 K結(jié)構(gòu)及工作原理 材料：硅 工藝：硅平面工藝 比二霍爾元件 提高靈敏度 N型硅外延層很薄 集成工藝 放大 整形 穩(wěn)壓 VT 地 輸出3 工作原理: 有磁場(chǎng)：VH,放大，整形： > 開(kāi)啟閾值，高電平 VT導(dǎo)通，具有吸收電流的負(fù)載能力 開(kāi)狀態(tài) 磁場(chǎng)減弱

13、：Vh減小，放大，整形：v關(guān)閉閾值， 翻癘器備嶷器y旗止 關(guān)狀態(tài) 2、工作特性 屁0＞，髙T低，開(kāi)狀態(tài) 與低T髙，關(guān)狀態(tài) Bop 工作點(diǎn)“開(kāi)” Brp——釋放點(diǎn)“關(guān)” Bh一磁滯 12 ON 10 1 8 I 6 4 .OFF 2 r 0 B (T) Brp Bh Bop 傳感器原刃歹”形感器磁電霍爾 應(yīng)用電路 3、接口電路 傳感器原刃歹”形感器磁電霍爾 應(yīng)用電路

14、 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 磁場(chǎng)施加方式 ?磁鐵軸心接近式 兩軸心方向重合 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 ⑵磁鐵側(cè)向滑近式 兩平面距離不變， 磁鐵軸線與傳感器 憾電霍爾 平面垂直 4、 (1: 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 ⑶ 采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度

15、 六、翟爾線性集成傳感器 1、結(jié)構(gòu)及工作原理 輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性比例關(guān)系 構(gòu)成：霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓、 電流放大輸出級(jí)、失調(diào)調(diào)整、線性度調(diào)整 單端輸岀：SI!她理度傳感器磁電霍雙端輸出：SL3501M 2、主要技術(shù)特性 磁感八H弓雖應(yīng)（巧 SL3501M輸岀特性曲線 霍爾線性集成傳感器的技術(shù)參數(shù) SL3501T輸出特性曲線 七、霍爾傳感器的應(yīng)用 1、霍爾位移傳 磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高

16、 測(cè)量范 ■巳 :傳竽程吃巒腦 ,輸出線性越好 2、磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量?jī)x Wk RP、 l-i ―} RP 2 200 K—=h Ri 100必 Ci lOOOp R\ 1^47 ^147 q 8 7 6 5 S厶 3501 M 1 3 4 SL3501M : 霍爾線性集成傳感器 RPi：調(diào)整表頭量程 RP2：調(diào)零 C1：低通濾波 測(cè)量上限：0.3 T 4、轉(zhuǎn)速測(cè)量 永磁體安裝在軸端 永磁體安裝在軸側(cè) Vh

17、 轉(zhuǎn)角Z C 傳感器磁電霍爾 (1)導(dǎo)線旁測(cè)法 簡(jiǎn)單、測(cè)量精度差、 受外界干擾大 H/c 5、測(cè)量電流 測(cè)量大直流電流(10kA):電阻器分流 霍爾元件測(cè)量電流：檢測(cè)通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng) (2)導(dǎo)線貫穿磁芯法 環(huán)形鐵芯集中磁力線, 居磁電摞高電流測(cè)量精度 7、自動(dòng)憑票供水裝置 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾式傳感器的應(yīng)用實(shí)例

18、磁力線 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾轉(zhuǎn)速測(cè)量 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾元件 (field direction 個(gè) W5CA.C: tropictR(O-1QQ Of Wdp- 100 Jwofc/www) OXTW: FW TO ? 3 KKTOM

19、 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 U = KBIsin0 1 皐： ( ) ) ) )/U \ / f / /I 霍爾傳感器 霍爾_角位移測(cè)量 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾鉗形電流表的使用 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 實(shí)驗(yàn)探究1 ?尊閉合電路中有感應(yīng)電流,電路中就一定有電動(dòng) ?演示實(shí)驗(yàn)并播放動(dòng)畫(huà) ?畫(huà)出等

20、效電路圖  實(shí)驗(yàn)探究2 - 在向線圈中插入條形磁鐵的實(shí)驗(yàn)中, 磁鐵的磁場(chǎng)越強(qiáng)、插入的速度越快, 產(chǎn)生的感應(yīng)電流就越大。 -實(shí)驗(yàn):電磁感應(yīng)插磁鐵 H 實(shí)驗(yàn)探究3: 一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理 導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) dl dt B：穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度; L ■導(dǎo)體有效長(zhǎng)度； V：導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度 N匝線圈處于變化的磁場(chǎng)中 e=-N 債0 dt 兩種磁電式傳感器結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 1、變磁通式 開(kāi)磁路變磁通式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，且因 高

21、速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。 變鐵通感應(yīng)式 € 7 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 閉磁路變磁通式：感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、恒定磁通式 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、恒定磁通式 Bo：工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度; /：每匝線圈平均長(zhǎng)度； N:線圈在工作氣隙磁場(chǎng) 中的匝數(shù)； v：相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。 傳感器原】 2 3 4 ?????■ ??〃■?::■:* ?■■■????#???- ? — II 11■* 幌■?■???■ U- 二WM 動(dòng)鐵式磁【

22、山感曲傳感器 金屈竹架2彈航3線圈4永久滋烘5亢體 二、磁電感應(yīng)式傳感器基本特性 一 b 一 ———J 傳感器 E _B!N\ — 2耳—貳比 R*測(cè)量電路輸入電阻; R：線圈等效電阻。 傳感器的電流靈敏度為 」 S』 BJN 7?+的 V 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 輸出電壓和電壓靈敏度分別為 T 7 B]N耳 尺+的 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 提高靈敏度方法： 選用具有磁能積較大的永久磁鐵； 盡量小的氣隙長(zhǎng)度，以提高氣隙磁通 密度B； 增加/和M但它們受到體積和重量、 內(nèi)瞬 1釉鍛卻級(jí)醸，要保證線 圈始終在均勻磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 三、磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路 磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且 傳感器通常具有較高的靈敏度，不需要高增 益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器， 若要獲取被測(cè)焦I惑加麟信號(hào)，則需要配 用積分或微分電路。