第5讲3 磁电式传感器ppt课件.ppt

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1、第五讲物性型传感器主讲：何惠芳QQ：368946325.3磁电式传感器磁电式传感器是利用磁电作用（电磁感应原理）将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。一般分为两种：磁电感应式——导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的；霍尔式——载流半导体在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电动势。磁电感应式传感器（课本P57）不需要供电电源，就能直接从被测物体吸取机械能量并转换成易于测量的电信号输出，是有源传感器。由于具有电路简单、性能稳定和输出阻抗小等特点，又具有一定的频率响应范围（10～1000Hz）,适用于振动、转速和转矩等的测量，得到普遍应用。磁电感应

2、式传感器（课本P57）根据电磁感应定律,当N匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:e=-N(dΦ/dt)磁电感应式传感器工作原理（课本P57）磁电感应式传感器工作原理一、变磁通式结构（课本P57）磁电感应式传感器工作原理二、恒定磁通式结构（课本P58）磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图4-15（a））和动铁式（图4-15(b)）的工作原理是完全相同的。当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹

3、簧较软，运动部件质量相对较大，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为磁电感应式传感器工作原理二、恒定磁通式结构（课本P58）(4-20)式中：B0——工作气隙磁感应强度；l——每匝线圈平均长度；W——线圈在工作气隙磁场中的匝数；v——相对运动速度。磁电感应式传感器工作原理二、恒定磁通式结构（课本P58）磁电式传感器直接输出感应电势，且传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般

4、不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积分或微分电路。磁电感应式传感器的测量电路（课本P59）霍尔式传感器（课本P60）霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。霍尔式传感器（课本P60）当把一块金属或半导体簿片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场的方向通以电流I，就会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，如图4-19所示。这种现象称为霍尔效应，所产生的电动势称为霍尔电动势，这种薄片（一般为半导体）称为霍尔片或霍尔元件。图4-19霍尔效应原理图霍尔效应（课本P60）在

5、磁场B中运动的电子将受到Lorentz力FLFL=evB偏转,建立的霍尔电场EH对随后的运动电子施加一电场力FEFE=-eEH=-eUH/b平衡时，FL=FE，即evB=eUH/b由于电流密度j=-nev(v为电子运动速度)，则电流强度为I=-nevbd所以(4-24)式中，d—霍尔片度；n—电子浓度；RH=1/ne—霍尔系数；KH=RH/d=1/ned—霍尔灵敏度。霍尔效应（课本P60）从式evB=eUH/b知，霍尔电压UH与载流子的运动速度v关，即与载流子的迁移率有关。由于=v/El(El为电流方向上的电场强度)，材料的电阻=1/ne，所以霍尔系数RH

6、与载流体材料的电阻率和载流子的迁移率的关系为RH=金属导体：大，但小（n大）；绝缘体：大（n小），但小；它们都不宜作霍尔元件(RH太小)。半导体：、适中—适宜作霍尔元件。霍尔效应（课本P61）霍尔电压UH还与元件的几何尺寸有关：KH=1/ned厚度d越小越好，一般d=0.01mm；宽度b加大，或长宽比（l/b）减小时，将会使UH下降，应加以修正式中，f(l/b)—形状效应系数。一般取l/b=2~2.5，则f(l/b)1，就足够了。霍尔效应（课本P61）霍尔元件示意图a)原理图；b)结构图；c)图形符号；d)外形图霍尔元件构造（课本P61

7、）霍尔元件构造（课本P61）1.输入电阻Ri和输出电阻RoRiRo，Ri、Ro=100~2000。2.额定控制电流Ic—使霍尔元件在空气中产生10C温升的控制电流Ic=(几~几十)mA。3.不等位电势U0和不等为电阻R0霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时其霍尔电极间的电势为不等位电势U0，主要是由于两电极不在同一等位面上以及材料电阻率不均匀等因素引起的，一般U010mV。等效为不等为电阻R0=U0/Ic。4.灵敏度KH在单位磁感强度下，通以单位控制电流时所产生的开路霍尔电压（mV/mA·T或mV/mA·kGs）。霍尔元件主要技术参数5.寄生直流电势

8、UoD在不