第8章 磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、第8章　磁电式传感器8磁电式传感器磁电式传感器——是利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移、转速、压力等)转换成电信号的一种传感器。一般分为两种：1.霍尔传感器2.磁电感应式传感器实际应用中磁敏元件主要用于检测磁场，而与人们相关的磁场范围很宽，一般的磁敏传感器检测的最低磁场只能到10-6高斯。磁场强度与磁场源的分布测磁的方法：①利用电磁感应作用的传感器（强磁场）如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件；③利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；④利用超导效应传感器，SQVID约瑟夫元件；⑤利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。随着半导体

2、技术的发展，磁敏传感器正向薄膜化，微型化和集成化方向发展。8.1霍尔式传感器——1.霍尔效应1.霍尔效应：置于磁场中的导体(或半导体),当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向会产生电动势(霍尔电势),原因是电荷受到洛伦兹力的作用。fLfEvEHdIbBfLfEvEHdIbB定向运动的电子除受到洛仑兹力外,还受到霍尔电场的作用,当fl=fE时,达到平衡,此时8.1霍尔式传感器——1.霍尔效应霍尔系数,材料确定后为常数灵敏度系数对于导体,霍尔系数一般较小,故霍尔元件一般用半导体制作,且愈小(薄),灵敏度愈高与霍尔片电阻率和电子迁移率有关8.1霍尔式传感器——1.霍尔效应图8-2霍尔元

3、件的基本结构8.1霍尔传感器——2.霍尔元件基本结构1.额定激励电流——当霍尔元件自身温升10度时所流过的激励电流2.最大允许激励电流——以元件最大温升为限制所对应的激励电流3.输入电阻Ri——激励电极间的电阻4.输出电阻Ro——电压源内阻基本概念：8.1霍尔传感器——3.霍尔元件基本特性5.不等位电势U0——当霍尔元件的激励电流为I时,若元件所处位置磁感应强度为零,则霍尔电势应该为0,但实际不为零,此时测得的空载霍尔电势。6.不等位电阻r0——7.寄生直流电势——当外加磁场为零,霍尔元件用交流激励时所产生的直流电势。8.霍尔电势温度系数——在一定磁感应强度和激励电流下,温度每变化

4、1℃时,霍尔电势变化的百分率。8.1霍尔传感器——3.霍尔元件基本特性例8-1已知霍尔元件的灵敏度系数KH=30V/(A·T),输入电阻Ri=2000Ω,输出电阻Ro=3000Ω,采用恒压源供电,恒压源电压为5V,不考虑恒压源的输出电阻,当霍尔元件置于B=0.4T的磁场中时,如输出接负载电阻RL=27000Ω,求负载上的电压。8.1霍尔传感器——3.霍尔元件基本特性解:霍尔元件的等效电路如图所示,则流经霍尔元件的电流为8.1霍尔传感器——3.霍尔元件基本特性霍尔电势为负载电阻上的电压为两点误差：1.不等位电势原因：①电极引出时偏斜②半导体的电阻特性(等势面倾斜)造成③激励电极接触不

5、良。8.1霍尔传感器——4.霍尔元件误差及其补偿不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的,r0称不等位电阻半导体材料不均匀两点误差：2.寄生直流电势原因:(1)控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时,会产生整流效应。(2)两个霍尔电极焊点的不一致,引起两电极温度不同产生温差电势8.1霍尔传感器——4.霍尔元件误差及其补偿1.不等位电势补偿方法(1)制作工艺上保证电极对称、欧姆接触(2)电路补偿所有能够使电桥达到平衡的方法均可用于补偿不等位电势,使不等位电势为零,所以补偿方法很多,各有特点。8.1霍尔传感器——4.霍尔元件误差及其补偿(2)电路补偿可以把霍尔元件视为一个四

6、臂电阻电桥,不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。8.1霍尔传感器——4.霍尔元件误差及其补偿图8-4不等位电势补偿电路设计思路：不等位电势与不等位电阻具有线性关系,所以从补偿电阻的角度。8.1霍尔传感器——4.霍尔元件误差及其补偿不等位电势的补偿电路对称电路当温度变化时，补偿的稳定性要好些8.1霍尔传感器——4.霍尔元件误差及其补偿产生原因：(1)霍尔元件的基片是半导体材料,因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。(2)当温度变化时,霍尔元件的一些特性参数,如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化,从而使霍尔式传感器产生温度误

7、差。2.温度误差及其补偿8.1霍尔传感器——5.霍尔元件的温度补偿减小霍尔元件的温度误差措施1.选用温度系数小的元件2.采用恒温措施3.采用恒流源供电8.1霍尔传感器——5.霍尔元件的温度补偿3.采用恒流源供电恒流源温度补偿霍尔元件的灵敏系数也是温度的函数,它随温度的变化引起霍尔电势的变化,霍尔元件的灵敏系数与温度的关系KH0为温度T0时的KH值；为温度变化量；为霍尔电势的温度系数。8.1霍尔传感器——5.霍尔元件的温度补偿具体补偿方法(补充)在霍尔元件上并联一Rp分