常用传感器的工作原理

《常用传感器的工作原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章常用传感器的工作原理3.1电阻式传感器3.2电容式传感器3.3电感式传感器3.4电涡流式传感器3.5压电式传感器3.6磁电式传感器3.7热电式传感器3.8光电式传感器3.9霍尔传感器3.10光纤传感器下页返回3.11超声波传感器3.12微波传感器3.13红外传感器3.14核辐射传感器3.15化学传感器3.16数字式传感器3.17生物传感器3.18智能式传感器3.19微型传感器3.20模糊传感器3.21网络传感器3.9霍尔式传感器3.9.1霍尔元件3.9.2霍尔集成传感器3.9.3霍尔传感器的应用下页上页返回3.9.1霍尔元件霍尔传感器是基于霍尔效应的一种磁敏式传感器。霍尔式传感器已经

2、广泛应用于电磁、压力、加速度、振动等的测量领域。（1）霍尔效应及霍尔元件的命名方法如图3.108所示在金属或半导体薄片相对两侧面ab通以控制电流I，在薄片垂直方向上施加磁场B，则在垂直于电流和磁场的方向上，即另两侧面cd会产生一个大小与控制电流I和磁场B乘积成正比的电动势UH，这一现象称为霍尔效应。即下页上页返回下页上页返回（3.126）式中：KH——霍尔元件的灵敏度。（3-127）式中：RH——霍尔系数，它反应元件霍尔效应的强弱，由材料性质决定。单位体积内导电粒子数越少，霍尔效应越强，半导体比金属导体霍尔效应强，所以常采用半导体材料做霍尔元件；d——霍尔元件的厚度。由式（3-127）可知

3、，对于材料和尺寸确定的元件,KH保持常数，霍尔电势UH仅与IB的乘积成正比。利用这一特性，在恒定电流之下可用来测量磁感应强度B；反之，在恒定的磁场之下，也可以用来测量电流I。当KH和B恒定时,I愈大,UH愈大。同样，当KH和I恒定时，B愈大,UH也愈大。当磁场改变方向时，UH也改变方向。下页上页返回下页上页返回当磁场方向不垂直于元件平面，而是与元件平面的法线成一角度时，实际作用于元件上的有效磁场是其法线方向的分量，即这时霍尔元件的输出为霍尔元件型号命名方法如图3.109所示。下页上页返回（2）霍尔元件的材料及结构霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体三部分构成（如图3.110所示）。

4、霍尔片是一块矩形半导体薄片，在它的四个端面引出四根引线，其中引线1和3为激励电压或电流引线，称为激励电极。引线2和4为霍尔电势输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件的等效电路如图3.111a所示。在电路中的霍尔元件有两种符号表示方法，如图3.111b所示。下页上页返回下页上页返回（3）霍尔元件的技术参数霍尔元件的主要技术参数有：1）输入电阻Ri2）输出电阻Ro3）最大激励电流IM4）灵敏度KH5）最大磁感应强度BM6）不等位电势7）霍尔电势温度系数8）常用霍尔元件及参数下页上页返回（4）霍尔元件的温度补偿和不等位电势补偿1）温度补偿图3.112所示为各种不同材料的内阻与温度的关系。下页上页返回图

5、3.113所示为各种不同材料的霍尔输出电势随温度变化的情况。下页上页返回为了减少由温度变化所引起的温差电势对霍尔元件输出的影响，可根据不同情况，采取一些不同的补偿方法。恒流源补偿下页上页返回利用输出回路的负载进行补偿下页上页返回2）不等位电势补偿不等位电势的产生，会使霍尔元件或传感器在使用中产生零位误差。所以在高精度测量中，都采用不等位电势补偿的方法来尽量排除它对霍尔输出的影响。下页上页返回霍尔元件的等效电路当两电极不在同一等位面上时（如r1>r2），则电桥失去平衡，U0=0，此时就需进行补偿，其补偿电路如图3.117所示。下页上页返回（5）霍尔元件的基本测量电路图3.118中示出了霍尔元

6、件的基本测量电路。为了获得较大的霍尔输出，可采用输出叠加的连接方式（如图3.119所示）。图3.119(a)为直流供电情况，图3.119(b)为交流供电情况。下页上页返回下页上页返回（6）霍尔元件使用注意事项1）驱动方式霍尔元件的驱动方式有恒压和恒流两种，其电路如图3.120所示。2）散热3）安装①安装应坚实牢固；②不可有扭曲现象。下页上页返回3.9.2霍尔集成传感器由霍尔元件及有关电路组成的传感器称为霍尔传感器。随着微电子技术的发展，目前霍尔传感器都已集成化，即把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源或恒流电源等集成在一个芯片上，由于其外形与集成电路相同，故又称霍尔集成电路。（1）霍尔

7、集成传感器分类霍尔传感器的霍尔材料仍以半导体硅作为主要材料，按其输出信号的形式可分为线性型和开关型两种。下页上页返回（2）线性型霍尔集成传感器线性型霍尔集成传感器是将霍尔元件和恒流源，线性放大器等做在同一芯片上，输出电压较高，使用非常方便。例如：UGN3501M是具有双端差动输出特性的线性霍尔器件，UGN3501M的外形、内部电路框图如图3.121下页上页返回（3）开关型霍尔集成传感器开关型霍尔集成传感器是将霍尔元件、稳