第7章磁电式传感器.ppt

第7章-磁电式传感器二、二、类型型 变磁通式磁通式 恒磁通式恒磁通式 1、变磁通式（变磁阻式/变气隙式）测测频频：：：：线线圈圈圈圈3 3中中中中产产生生生生的的的的感感感感应应电电势势的的的的变变化化化化频频率率率率等等等等于于于于齿齿轮轮4 4的的的的齿齿数数数数和和和和转转速的乘速的乘速的乘速的乘积积 不宜不宜不宜不宜测测高速高速高速高速2、、恒磁通式恒磁通式三、三、应用用四、磁四、磁电式式传感器感器设计要点要点Ø工作气隙工作气隙Ø永久磁永久磁铁Ø线圈圈组件件原理原理 霍霍尔式式传感器是利用霍感器是利用霍尔元件基于元件基于霍霍尔效效应将被将被测量量转换成霍成霍尔电势输出 §7-2 霍霍尔式式传感器感器一、霍一、霍尔效效应 载载流体（流体（流体（流体（电电流流流流为为I I））））置于磁置于磁置于磁置于磁场场中（磁感中（磁感中（磁感中（磁感应强应强度度度度为为B B ），如果磁），如果磁），如果磁），如果磁场场方向与方向与方向与方向与电场电场方向正交，方向正交，方向正交，方向正交，则则在垂直在垂直在垂直在垂直于磁于磁于磁于磁场场和和和和电场电场的方向上的方向上的方向上的方向上产产生生生生电动势电动势U UHH，，，，这这个个个个电势电势就是霍就是霍就是霍就是霍尔电势尔电势，，，，这这种种种种现现象象象象就是霍就是霍就是霍就是霍尔尔效效效效应应。

霍霍尔电势方向判方向判别：：P P型材料：型材料：型材料：型材料：N N型材料：型材料：型材料：型材料：左手定左手定左手定左手定则则：：：： 四指四指四指四指————指向指向指向指向电电流方向流方向流方向流方向 B ——B ——穿穿穿穿过过手心手心手心手心 大拇指大拇指大拇指大拇指————指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向霍霍尔电势：：二、霍二、霍尔系数及灵敏度系数及灵敏度 1. 1.霍霍霍霍尔尔系数：系数：系数：系数： 霍霍霍霍尔尔系系系系数数数数取取取取决决决决于于于于载载流流流流子子子子材材材材料料料料的的的的物物物物理理理理性性性性质质，反映了材料的霍，反映了材料的霍，反映了材料的霍，反映了材料的霍尔尔效效效效应应的的的的强强弱n —— n —— 自由自由自由自由电电荷密度荷密度荷密度荷密度q —— q —— 带电带电粒子的粒子的粒子的粒子的电电量量量量    —— —— 材料的材料的材料的材料的电电阻率阻率阻率阻率    —— —— 材料的迁移率材料的迁移率材料的迁移率材料的迁移率金属金属金属金属\ \绝缘绝缘体体体体\ \半半半半导导体体体体灵敏度和霍灵敏度和霍尔电势2. 2.灵敏度：灵敏度： k kHH表表表表示示示示单单位位位位电电流流流流、、、、单单位位位位磁磁磁磁场场作作作作用用用用下下下下，，，，开开开开路路路路的霍的霍的霍的霍尔电势输尔电势输出出出出值值。

k kHH与与与与元元元元件件件件的的的的厚厚厚厚度度度度成成成成反反反反比比比比，，，，d d   、、、、KKHH   ，，，，但但但但考考考考虑虑提提提提高高高高灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度的的的的同同同同时时，，，，必必必必须须兼兼兼兼顾顾元元元元件件件件的的的的强强度度度度和和和和内内内内阻 d d    r r内阻内阻内阻内阻    3.霍霍尔电势：： 三、霍三、霍尔元件元件 霍霍霍霍尔尔元元元元件件件件除除除除对对材材材材料料料料的的的的   、、、、   有有有有要要要要求求求求外外外外，，，，还还对对外外外外形形形形尺尺尺尺寸寸寸寸有有有有要要要要求求求求上上上上述述述述U UHH是是是是在在在在l>>bl>>b条条条条件件件件下下下下得得得得出出出出的的的的，，，，当不当不当不当不满满足足足足该该条件条件条件条件时时，，，，U UHH要乘一个修正系数要乘一个修正系数要乘一个修正系数要乘一个修正系数 U UHH =K =KHHIBf(l/b),IBf(l/b),系数系数系数系数f(l/b)f(l/b)可可可可查查表，表，表，表， 通常取通常取通常取通常取l/b=2l/b=2输输入引入引入引入引线线1 1、、、、1’1’：激励：激励：激励：激励电电极极极极输输出引出引出引出引线线2 2、、、、2’2’：霍：霍：霍：霍尔电尔电极极极极 霍霍尔元件的基本元件的基本电路路四、霍四、霍尔元件的主要特性元件的主要特性 （一）、（一）、（一）、（一）、额额定激励定激励定激励定激励电电流流流流I IHH产生的生的热和散和散热平衡即可平衡即可计算出算出额定定电流流（二）、不等位（二）、不等位电势及其及其补偿 当当B=0、、I=IH时，，UH 0称零位称零位电势。

U0产生的原因：生的原因： (1)(1)制制制制造造造造工工工工艺艺不不不不可可可可能能能能保保保保证证将将将将两两两两个个个个霍霍霍霍尔尔电电极极极极对对称称称称地地地地焊焊在在在在霍霍霍霍尔尔片片片片的的的的两两两两侧侧，，，，致致致致使使使使两两两两电电极极极极点点点点不不不不能能能能完完完完全位于同一等位面上全位于同一等位面上全位于同一等位面上全位于同一等位面上 (2)(2)霍霍霍霍尔尔片片片片电电阻阻阻阻率率率率不不不不均均均均匀匀匀匀或或或或片片片片厚厚厚厚薄薄薄薄不不不不均均均均匀匀匀匀或或或或控控控控制制制制电电流流流流极极极极接接接接触触触触不不不不良良良良都都都都将将将将使使使使等等等等位位位位面面面面歪歪歪歪斜斜斜斜( (见见图图b)b)，，，，致致致致使使使使两两两两霍霍霍霍尔尔电电极极极极不不不不在在在在同同同同一一一一等等等等位位位位面面面面上上上上而而而而产产生生生生不不不不等位等位等位等位电动势电动势 采用采用补偿电路加以路加以补偿 （三）、霍（三）、霍尔元件的温度元件的温度误差差及其及其补偿 一般半一般半一般半一般半导导体材料的体材料的体材料的体材料的电电阻率、迁移率和阻率、迁移率和阻率、迁移率和阻率、迁移率和载载流流流流子子子子浓浓度等都随温度而度等都随温度而度等都随温度而度等都随温度而变变化。

霍化霍尔尔元件由半元件由半元件由半元件由半导导体体体体材料制成，因此它的性能参数如材料制成，因此它的性能参数如材料制成，因此它的性能参数如材料制成，因此它的性能参数如输输入和入和入和入和输输出出出出电电阻、霍阻、霍阻、霍阻、霍尔尔常数等也随温度而常数等也随温度而常数等也随温度而常数等也随温度而变变化，致使霍化，致使霍化，致使霍化，致使霍尔电尔电动势变动势变化，化，化，化，产产生温度生温度生温度生温度误误差 选选用温度系数小的霍用温度系数小的霍用温度系数小的霍用温度系数小的霍尔尔元件元件元件元件采用适当的采用适当的采用适当的采用适当的补偿电补偿电路路路路采用恒流源供采用恒流源供采用恒流源供采用恒流源供电电和和和和输输入回路并入回路并入回路并入回路并联电联电阻阻阻阻合理合理合理合理选选取取取取负载电负载电阻阻阻阻R RL L的阻的阻的阻的阻值值采用恒流源和采用恒流源和采用恒流源和采用恒流源和输输入回路串入回路串入回路串入回路串联电联电阻阻阻阻采用温度采用温度采用温度采用温度补偿补偿元件元件元件元件霍霍尔元件不等位元件不等位电势U0的温度的温度补偿 桥路路补偿电路路测量量过程演示程演示。