傳感器原理速度傳感器磁電霍爾

適用的測(cè)速 傳感器較多帶銷(xiāo)、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(0102.00r/min) 低速(0.5 500r/min) 中高速(2O2OOOOr/min) (500200000r/min)超高速(500600000r/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(lèi)及實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)傳感器安裝方式: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010鐵、電工鋼0.5 1.5速度、位移磁電傳感器505000電工鋼0.5-1速度霍爾傳感器010磁鐵15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15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: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。測(cè)量環(huán)境價(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(chēng)為霍 爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電勢(shì)，該薄片稱(chēng)為霍爾元件。傳感器原理速度傳感器磁電霍爾NoImage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/ (mA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)，決 定霍爾電勢(shì)的強(qiáng)弱?；舳骷∧せ翘岣哽`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 4mmX2mmX0.1mmrnAB%色H一1 導(dǎo)線DA綠色 導(dǎo)線紅色 導(dǎo)線導(dǎo)線As B:電極端，稱(chēng)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(chēng)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 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。113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(chēng)不等位電阻2111111r 110 11112*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/mA.T)等電有V) 不位勢(shì)(m溫系知 VH度如丿EA218InAs100> 8.531.5> 0.35<0.50. 1FA24InAsP100> 136.52.4>0.75<10.07VHG-110GaAs55 -10200-800200-80030-220"的20%-0.05AG1Ge20max> 54030>2.5-0.02MF07FZZInSb1040-2908-608-65一10-2MF19FZZInSb1080-6008-608-65一+ 10-2MH07FZZInSbIV80-12080-40080-43010-0.3MH19FZZInSbIV150-25080-40080-430+ 10-0.3KH-400AInSb5250-550240-55050-11050-110010<-0.3特點(diǎn):(1) 測(cè)量磁物理量、電量及其它物理量(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JL1W1|W22、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UhBB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 2Rr7?47?31-1 5/13、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RRi7?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I(lǐng)s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3w集成整爾元件可分為線性型和開(kāi)關(guān)型兩大類(lèi)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：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12ON1018I64.OFF2r0B (T)Brp BhBop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02.5 57.5 10 12.5 15 17.5 20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、(1:0.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010 采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度六、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：SL3501M2、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)xWk RP、l-i RP 2 200 K=hRi100必Ci lOOOpR147 147 q8 7 65S厶 3501 M13 4SL3501M : 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 T4、轉(zhuǎn)速測(cè)量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側(cè)Vh轉(zhuǎn)角ZC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/c5、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?chē)拇艌?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 3KKTOM< E B 3 Y )UAGNETKMAGHHIC霍爾特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）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U = KBIsin01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 dtB：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0dt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】234 :* #- II 11* 幌U-二WM動(dòng)鐵式磁【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 SBJN7?+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(mén) 7BN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。