自動(dòng)檢測(cè)-第八章

1、本章介紹霍爾傳感器本章介紹霍爾傳感器 的工作原理、的工作原理、霍爾集成電路霍爾集成電路的的特性特性及其在檢測(cè)技術(shù)中及其在檢測(cè)技術(shù)中的的應(yīng)用應(yīng)用，還涉及還涉及交直流霍爾電流傳感器、交直流霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器霍爾電壓傳感器的原理及的原理及輸出信號(hào)的換輸出信號(hào)的換算。算。8.1 8.1 霍爾元件的工作原理及特性霍爾元件的工作原理及特性8.2 8.2 霍爾集成電路霍爾集成電路8.3 8.3 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng):半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過(guò)薄片時(shí)，流過(guò)薄

2、片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，導(dǎo)電導(dǎo)電薄膜越薄，靈敏度就越高薄膜越薄，靈敏度就越高。 1 1、工作原理、工作原理流入激勵(lì)電流端（流入激勵(lì)電流端（a、b）的電流）的電流Iab越大，電子和越大，電子和空穴積累得就越多，霍爾電動(dòng)勢(shì)也就越高空穴積累得就越多，霍爾電動(dòng)勢(shì)也就越高。作用在薄片上的磁感應(yīng)強(qiáng)度作用在薄片上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，電子受到的越強(qiáng)，電子受到的洛侖茲力也越大，霍爾電動(dòng)勢(shì)也就越高洛侖茲力也越大，霍爾電動(dòng)勢(shì)也就越高。薄片的厚度、半導(dǎo)體材料中的電子濃度等因素對(duì)薄片的厚度、半導(dǎo)體材料中的電子濃度等因素對(duì)霍爾電動(dòng)勢(shì)也有很大的影響。設(shè)半導(dǎo)體薄

3、片的厚度為霍爾電動(dòng)勢(shì)也有很大的影響。設(shè)半導(dǎo)體薄片的厚度為，霍爾元件中的電子濃度為霍爾元件中的電子濃度為n，電子的電荷量為，電子的電荷量為e，則霍，則霍爾電動(dòng)勢(shì)爾電動(dòng)勢(shì)EH可用下式表示可用下式表示：HIBEne 式中的式中的n、e、在薄片的尺寸、材料確定后均在薄片的尺寸、材料確定后均為常數(shù)，可令為常數(shù)，可令KH=1/(ne)，則上式可簡(jiǎn)化為：，則上式可簡(jiǎn)化為： EH=KH IB式中：式中： KH霍爾元件的靈敏度?；魻栐撵`敏度。由于金屬材料中的電子濃度由于金屬材料中的電子濃度n很大，所以靈敏很大，所以靈敏度度KH非常小。而非常小。而半導(dǎo)體材料中的電子濃度較小，所半導(dǎo)體材料中的電子濃度較小，所以

4、靈敏度比較高以靈敏度比較高。因此作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)。因此作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況為零時(shí)的情況cdab磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B 較大時(shí)的情況較大時(shí)的情況abcd 當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，用，向內(nèi)側(cè)（向內(nèi)側(cè)（d 側(cè)）偏移，在半導(dǎo)體薄片側(cè)）偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。cdabdabc若磁感應(yīng)強(qiáng)度若磁感應(yīng)強(qiáng)度B B不垂直于霍爾元件，而是與其不垂直于霍爾元件，而是與其法線法線成某一角度成某一

5、角度 時(shí)，實(shí)際上作用于霍爾元件上的時(shí)，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁有效磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即即B Bcoscos ，這時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)為：，這時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)為：E EH H= =K KH HIB IB coscos cdb結(jié)論：結(jié)論：霍爾電勢(shì)與輸入電流霍爾電勢(shì)與輸入電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。成正比。當(dāng)當(dāng)B的的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。2 2、霍

6、爾元件的特性參數(shù)、霍爾元件的特性參數(shù) A A、輸入電阻輸入電阻R Ri i 是指是指霍爾元件兩激勵(lì)電流端的直流霍爾元件兩激勵(lì)電流端的直流電阻電阻。數(shù)值從幾十歐到幾百歐。當(dāng)使用電流源激。數(shù)值從幾十歐到幾百歐。當(dāng)使用電流源激勵(lì)時(shí)，原件溫度會(huì)升高，輸入電阻會(huì)變小，從而勵(lì)時(shí)，原件溫度會(huì)升高，輸入電阻會(huì)變小，從而使輸入電流變大，并引起霍爾電動(dòng)勢(shì)變大，使輸入電流變大，并引起霍爾電動(dòng)勢(shì)變大，產(chǎn)生產(chǎn)生測(cè)量誤差測(cè)量誤差。為減小溫漂，最好。為減小溫漂，最好使用恒流源使用恒流源作為激作為激勵(lì)源。勵(lì)源。B B、最大最大激勵(lì)電流激勵(lì)電流Im由于霍爾電勢(shì)隨激勵(lì)電流增大而由于霍爾電勢(shì)隨激勵(lì)電流增大而增大，增大，故在應(yīng)用中總

7、希望選用較大的激勵(lì)電流故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵(lì)電流。但激勵(lì)電流增大，霍爾元件的但激勵(lì)電流增大，霍爾元件的功耗增大功耗增大，元件的元件的溫度升高溫度升高，從而，從而引起霍爾電勢(shì)的溫漂增大引起霍爾電勢(shì)的溫漂增大，因此，因此每種型號(hào)的元件均規(guī)定了相應(yīng)的每種型號(hào)的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵(lì)電流最大激勵(lì)電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。 2 2、霍爾元件的特性參數(shù)（續(xù)）、霍爾元件的特性參數(shù)（續(xù)） C C、靈敏度靈敏度K KH H 是是在磁場(chǎng)垂直于霍爾元件的測(cè)試條件下，在磁場(chǎng)垂直于霍爾元件的測(cè)試條件下，K KH H=E=EH H/(IB)/(IB)，它的單位是，它的單位是

8、mV/(mAmV/(mA* *T)T)。D D、最大磁感應(yīng)強(qiáng)度最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B Bm m 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)B Bm m時(shí)，霍爾電時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)的非線性誤差將明顯增大，動(dòng)勢(shì)的非線性誤差將明顯增大， B Bm m 的數(shù)般一值零的數(shù)般一值零點(diǎn)幾個(gè)特斯拉（點(diǎn)幾個(gè)特斯拉（T T），），1Gs=101Gs=10-4-4T T。E E、不等位電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì) 是指在額定激勵(lì)電流下，當(dāng)外加磁場(chǎng)是指在額定激勵(lì)電流下，當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，霍爾元件輸出端之間的開(kāi)路電壓（為零時(shí)，霍爾元件輸出端之間的開(kāi)路電壓（E E0 0）。）。F F、霍爾電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)霍爾電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù) 是指在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和激勵(lì)電是

9、指在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流作用下，溫度流作用下，溫度每變化每變化1 1度度時(shí)，霍爾時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)變化的百電動(dòng)勢(shì)變化的百分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)。 以下哪一個(gè)以下哪一個(gè)激勵(lì)電流的數(shù)值較為妥當(dāng)激勵(lì)電流的數(shù)值較為妥當(dāng)？8A 0.8mA 8mA 80mA 在在a a、b b、c c、d d四個(gè)端點(diǎn)之間四個(gè)端點(diǎn)之間, ,等效于一個(gè)四臂電橋等效于一個(gè)四臂電橋在額定激勵(lì)電流下，當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，霍爾輸在額定激勵(lì)電流下，當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，霍爾輸出端之間的開(kāi)路電壓稱為出端之間的開(kāi)路電壓稱為不等位電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì)E0，它是，它是由于由于4個(gè)電極的幾何尺寸不對(duì)稱引起的個(gè)電極的幾何尺寸不對(duì)稱引起的。當(dāng)當(dāng)UGN3501M感受的磁場(chǎng)為

10、零時(shí)，感受的磁場(chǎng)為零時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)5、6、7之間的調(diào)零電位器，之間的調(diào)零電位器，可使可使第第1引腳相對(duì)于第引腳相對(duì)于第8引腳的輸引腳的輸出電壓等于零出電壓等于零?；魻柤呻娐房煞譃榛魻柤呻娐房煞譃榫€性型線性型和和開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型兩大類。兩大類。線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動(dòng)放大器等做在一個(gè)芯片上，輸出電壓為伏級(jí)，差動(dòng)放大器等做在一個(gè)芯片上，輸出電壓為伏級(jí)，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如爾器件如UGN3501等。等。線性型三端線性型三端霍爾集成電路霍爾集成電路右圖示出了具有右圖示出

11、了具有雙雙端差動(dòng)輸出特性的線性端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾器件霍爾器件的的輸出特性曲輸出特性曲線線。當(dāng)磁場(chǎng)為零時(shí)，它。當(dāng)磁場(chǎng)為零時(shí)，它的輸出電壓等于零；當(dāng)?shù)妮敵鲭妷旱扔诹?；?dāng)感受的磁場(chǎng)為正向（磁感受的磁場(chǎng)為正向（磁鋼的鋼的S S極對(duì)準(zhǔn)霍爾器件極對(duì)準(zhǔn)霍爾器件的正面）時(shí)，的正面）時(shí)， 輸出為輸出為正；磁場(chǎng)反向時(shí)，輸出正；磁場(chǎng)反向時(shí)，輸出為負(fù)。為負(fù)。 線性范圍線性范圍?開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路是將開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件霍爾元件、穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門門（集電極開(kāi)路（集電極開(kāi)路輸出門）等電路做在同一個(gè)芯片上。當(dāng)外加磁場(chǎng)輸出門）等電路做在同一個(gè)芯片上。當(dāng)外加磁

12、場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)度超過(guò)規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖酵顟B(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?；?dāng)；當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于釋放點(diǎn)時(shí)，釋放點(diǎn)時(shí)，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開(kāi)關(guān)型霍爾器件如較典型的開(kāi)關(guān)型霍爾器件如UGN3020等。等。OC門門施密特觸施密特觸發(fā)電路發(fā)電路 雙端輸入、雙端輸入、 單端輸出運(yùn)放單端輸出運(yùn)放霍爾霍爾 元件元件.Vc開(kāi)始接線?接線完畢回差越大，回差越大，抗振動(dòng)干擾能力抗振動(dòng)干擾能力就越強(qiáng)就越強(qiáng)。當(dāng)磁鐵當(dāng)磁鐵從遠(yuǎn)到近地接近霍爾從遠(yuǎn)到近地接近霍爾IC，到多少特斯拉時(shí)，到多少特斯拉時(shí)輸出翻

13、轉(zhuǎn)？當(dāng)輸出翻轉(zhuǎn)？當(dāng)磁鐵從近到遠(yuǎn)地遠(yuǎn)離霍爾磁鐵從近到遠(yuǎn)地遠(yuǎn)離霍爾IC，到多少特，到多少特斯拉時(shí)輸出斯拉時(shí)輸出再次翻轉(zhuǎn)再次翻轉(zhuǎn)？回差為多少特斯拉回差為多少特斯拉？相當(dāng)于多相當(dāng)于多少高斯（少高斯（Gs）？ 霍爾電勢(shì)是關(guān)于霍爾電勢(shì)是關(guān)于I、B、 三個(gè)變量的函數(shù)，即：三個(gè)變量的函數(shù)，即： EH=KHIBcos 。 利用這個(gè)關(guān)系可以使利用這個(gè)關(guān)系可以使其中兩個(gè)量不變其中兩個(gè)量不變，將，將第三個(gè)第三個(gè)量作為變量量作為變量，或者，或者固定其中一個(gè)量固定其中一個(gè)量，其余兩個(gè)量都作其余兩個(gè)量都作為變量為變量。這使得霍爾傳感器可以有許多用途。這使得霍爾傳感器可以有許多用途。霍爾傳感器霍爾傳感器主要用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換為

14、磁場(chǎng)變化的其主要用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)變化的其他物理量他物理量?；魻栐魻栐?高斯計(jì)是高斯計(jì)是測(cè)量物體于空間上一個(gè)點(diǎn)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量物體于空間上一個(gè)點(diǎn)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)(交交變變)磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器。物體發(fā)出的磁力線垂直穿過(guò)霍爾。物體發(fā)出的磁力線垂直穿過(guò)霍爾傳感器，從而產(chǎn)生與被測(cè)體成正比的輸出電壓，由液晶傳感器，從而產(chǎn)生與被測(cè)體成正比的輸出電壓，由液晶板顯示出磁感應(yīng)強(qiáng)度。單位為高斯板顯示出磁感應(yīng)強(qiáng)度。單位為高斯(Gs)或特斯拉或特斯拉(T)。T（特斯拉（特斯拉)1 000mT（毫特斯拉）（毫特斯拉）10 000s（高斯）（高斯）測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：+/-19999. 9Gs信噪比：

15、信噪比：0.01Gs分辨力：分辨力：0.01Gs霍爾元件霍爾元件被測(cè)物被測(cè)物(剩磁剩磁)60 fnz在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤齒盤，也可選取機(jī)械，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪齒輪，將，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的。齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變磁阻隨氣隙的改變而周期性而周期性地變化，霍爾器件輸出的地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。 此處應(yīng)采用線性霍爾傳感器。此處應(yīng)采用線性霍爾傳感器。SN線性霍爾線性

16、霍爾磁鐵磁鐵當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出低電平；可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出低電平；反之，當(dāng)反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線從上下，磁力線從上下側(cè)通過(guò)，輸出為側(cè)通過(guò)，輸出為高電平高電平。 若汽車在剎車時(shí)車輪被若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)和保持車輪的爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)和保持車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，有助于，有助于控制控制剎車力的大小剎車力的大小和防止和防止側(cè)偏側(cè)偏。帶有微型帶有微型磁鐵的霍磁鐵的霍爾傳感器爾傳感器

17、鋼質(zhì)霍爾霍爾只要黑色金屬（導(dǎo)磁體）旋轉(zhuǎn)體的表面存在只要黑色金屬（導(dǎo)磁體）旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口缺口或突起或突起，就，就可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng)可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng)，從而，從而引起霍爾電引起霍爾電勢(shì)的變化勢(shì)的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速脈沖。，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速脈沖。 霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵 采用霍爾式無(wú)觸采用霍爾式無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置能較點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置能較好地好地克服汽車合金觸克服汽車合金觸點(diǎn)點(diǎn)火時(shí)間不準(zhǔn)確點(diǎn)點(diǎn)火時(shí)間不準(zhǔn)確、觸點(diǎn)易燒壞、觸點(diǎn)易燒壞、高速時(shí)高速時(shí)動(dòng)力不足等缺點(diǎn)動(dòng)力不足等缺點(diǎn)。 汽車點(diǎn)火線圈汽車點(diǎn)火線圈高壓輸出高壓輸出電纜接頭電纜接頭12V低壓電低壓電源輸入接頭源輸入接頭桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖桑塔納汽車霍

18、爾式分電器示意圖 1-觸發(fā)器葉片觸發(fā)器葉片 2-槽口槽口 3-分電器轉(zhuǎn)軸分電器轉(zhuǎn)軸 4-永久磁鐵永久磁鐵 5-霍爾集成電路（霍爾集成電路（PNP型霍爾型霍爾IC） a）帶缺口的觸發(fā)器葉片）帶缺口的觸發(fā)器葉片 b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系路之間的安裝關(guān)系 c）葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系）葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系 汽車電子點(diǎn)火電路及波形汽車電子點(diǎn)火電路及波形 1點(diǎn)火開(kāi)關(guān)點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 2達(dá)林頓晶體管功率開(kāi)關(guān)達(dá)林頓晶體管功率開(kāi)關(guān) 3點(diǎn)火線圈低壓側(cè)點(diǎn)火線圈低壓側(cè) 4點(diǎn)火線圈鐵心點(diǎn)火線圈鐵心 5點(diǎn)火線圈高壓側(cè)點(diǎn)火線圈高壓側(cè) 6分火頭分火頭 7火花塞火花塞

19、 a）電路）電路 b）霍爾）霍爾IC及點(diǎn)火線圈高壓側(cè)輸出波形及點(diǎn)火線圈高壓側(cè)輸出波形 當(dāng)葉片遮擋在霍爾當(dāng)葉片遮擋在霍爾ICIC面前時(shí)，面前時(shí)，PNPPNP型霍爾型霍爾ICIC的輸?shù)妮敵鰹榈碗娖剑w管功率開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)出為低電平，晶體管功率開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，點(diǎn)火線，點(diǎn)火線圈低壓側(cè)有較大電流通過(guò)，并以圈低壓側(cè)有較大電流通過(guò)，并以磁場(chǎng)能量的形式儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的形式儲(chǔ)存在點(diǎn)火線圈的鐵心中在點(diǎn)火線圈的鐵心中。 當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時(shí)，面前時(shí)，霍爾霍爾IC輸出跳變輸出跳變?yōu)楦唠娖綖楦唠娖?，?jīng)反相變?yōu)榈碗娖剑?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，達(dá)林頓管截止達(dá)林頓管截止，切斷，切斷點(diǎn)火線圈的低壓側(cè)電流

20、。由于沒(méi)有續(xù)流元件，所以存點(diǎn)火線圈的低壓側(cè)電流。由于沒(méi)有續(xù)流元件，所以存儲(chǔ)在點(diǎn)火線圈鐵心中的儲(chǔ)在點(diǎn)火線圈鐵心中的磁場(chǎng)能量在高壓側(cè)感應(yīng)出磁場(chǎng)能量在高壓側(cè)感應(yīng)出3050kV的高電壓的高電壓。 磁鐵磁鐵點(diǎn)火總成點(diǎn)火總成霍爾式無(wú)刷電動(dòng)機(jī)霍爾式無(wú)刷電動(dòng)機(jī)取消了換取消了換向器和電刷向器和電刷，而采用霍爾元件來(lái)，而采用霍爾元件來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置，檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置，其輸出信號(hào)控制電樞電流的換向，其輸出信號(hào)控制電樞電流的換向，維持電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。維持電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)由于無(wú)刷電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生電火不產(chǎn)生電火花及電刷磨損等問(wèn)題花及電刷磨損等問(wèn)題，所以它在，所以它在錄像機(jī)、錄像機(jī)、

21、CD唱機(jī)唱機(jī)、光驅(qū)等家用、光驅(qū)等家用電器中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電器中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 普通直流電動(dòng)機(jī)使用普通直流電動(dòng)機(jī)使用的電刷和換向器的電刷和換向器采用霍爾開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子和采用霍爾開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置，經(jīng)編碼和定子之間的相對(duì)位置，經(jīng)編碼和邏輯換向電路，觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)，邏輯換向電路，觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)，從而控制電樞電流的換向，維持從而控制電樞電流的換向，維持電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn) 。1定子底座定子底座 2定子鐵心定子鐵心 3霍爾開(kāi)關(guān)霍爾開(kāi)關(guān) 4三相繞組線圈三相繞組線圈 5外轉(zhuǎn)子外轉(zhuǎn)子 6轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 7磁極磁極電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車可充電電池組可充電電池組無(wú)刷電動(dòng)機(jī)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)

22、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的的外轉(zhuǎn)子采用高性能外轉(zhuǎn)子采用高性能釹鐵硼稀土永磁材料釹鐵硼稀土永磁材料；三個(gè)霍爾位置傳感器三個(gè)霍爾位置傳感器產(chǎn)生六個(gè)狀態(tài)編碼信產(chǎn)生六個(gè)狀態(tài)編碼信號(hào)號(hào)，控制逆變橋各功，控制逆變橋各功率管通斷，使率管通斷，使三相內(nèi)三相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子永定子線圈與外轉(zhuǎn)子永磁磁極之間產(chǎn)生連續(xù)磁磁極之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩。具有效率高、。具有效率高、無(wú)火花、可靠性強(qiáng)等無(wú)火花、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。特點(diǎn)。 去速度控去速度控制器制器 利用利用PWM調(diào)調(diào)速速由由定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器及及換相電路換相電路組成組成 ，定子定子繞組多采用三相星形方式連接繞組多采用三相星形方式連接 。將將

23、3只只(a、b、c)鎖相式霍爾傳感器安裝在靠近轉(zhuǎn)子鎖相式霍爾傳感器安裝在靠近轉(zhuǎn)子磁極的位置。當(dāng)磁極的位置。當(dāng)N極逐漸靠近霍爾傳感器即磁感應(yīng)強(qiáng)度極逐漸靠近霍爾傳感器即磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)達(dá)到一定值時(shí)，其輸出翻轉(zhuǎn)為，其輸出翻轉(zhuǎn)為低電平低電平；當(dāng)；當(dāng)N極逐漸離開(kāi)極逐漸離開(kāi)霍爾傳感器、磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小時(shí)霍爾傳感器、磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小時(shí)，其輸出仍然保持，其輸出仍然保持為為低電平低電平；只有；只有磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)镾極并達(dá)到一定值時(shí)極并達(dá)到一定值時(shí)，其輸，其輸出才翻轉(zhuǎn)為出才翻轉(zhuǎn)為高電平高電平。在在S-N交替變化磁場(chǎng)下，傳感器輸出波形高、低電交替變化磁場(chǎng)下，傳感器輸出波形高、低電平各占平各占50%。如

24、果轉(zhuǎn)子是一對(duì)極，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周霍爾。如果轉(zhuǎn)子是一對(duì)極，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周霍爾傳感器傳感器輸出一個(gè)周期的電壓波形輸出一個(gè)周期的電壓波形，如果轉(zhuǎn)子是兩對(duì)極如果轉(zhuǎn)子是兩對(duì)極，則則輸出兩個(gè)周期的電壓波形輸出兩個(gè)周期的電壓波形。直流無(wú)刷電機(jī)中一般安裝直流無(wú)刷電機(jī)中一般安裝3 3個(gè)霍爾傳感器，個(gè)霍爾傳感器，間隔間隔120120度或度或6060度度按圓周分布。按圓周分布。如果間隔如果間隔120120度，則度，則3 3個(gè)霍爾傳感器的個(gè)霍爾傳感器的輸出波形輸出波形相差相差120120度電角度度電角度；輸出信號(hào)輸出信號(hào)中中高、低電平各占高、低電平各占180180度電角度度電角度。如果規(guī)定輸出信號(hào)高電平為如果規(guī)定輸出信

25、號(hào)高電平為“1”1”，低電平為，低電平為“0”0”，則輸出的三個(gè)信號(hào)可用，則輸出的三個(gè)信號(hào)可用3 3位二進(jìn)制編碼表示位二進(jìn)制編碼表示。 1當(dāng)磁鐵的有效磁極當(dāng)磁鐵的有效磁極接近接近、并并達(dá)到動(dòng)作距離達(dá)到動(dòng)作距離時(shí)，霍爾式時(shí)，霍爾式接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作動(dòng)作。霍爾接近開(kāi)。霍爾接近開(kāi)關(guān)一般還配一塊關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵釹鐵硼磁鐵。用霍爾用霍爾ICIC只能用于鐵磁材料的檢測(cè)，并且還需要只能用于鐵磁材料的檢測(cè)，并且還需要建立一個(gè)較強(qiáng)的閉合磁場(chǎng)建立一個(gè)較強(qiáng)的閉合磁場(chǎng)。 當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動(dòng)部當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)到件移動(dòng)到距霍爾接近距霍爾接近開(kāi)關(guān)幾毫米開(kāi)關(guān)幾毫米時(shí)，時(shí)，霍爾霍爾IC的輸出由高電平變的輸出由高電平變?yōu)?/p>

26、低電平為低電平，使，使繼電器繼電器吸合或釋放吸合或釋放，控制運(yùn)，控制運(yùn)動(dòng)部件停止移動(dòng)（否動(dòng)部件停止移動(dòng)（否則將撞壞霍爾則將撞壞霍爾IC），），起限位的作用。起限位的作用。 a）外形）外形 b）接近式）接近式 c）滑過(guò)式）滑過(guò)式 d）分流翼片式）分流翼片式1運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)部件 2軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 n =60f / z(r/min)軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 開(kāi)關(guān)型霍爾開(kāi)關(guān)型霍爾IC T將將被測(cè)電流的導(dǎo)被測(cè)電流的導(dǎo)線穿過(guò)霍爾電流傳感線穿過(guò)霍爾電流傳感器的檢測(cè)孔器的檢測(cè)孔。當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線集，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并中在鐵心內(nèi)，

27、并在鐵在鐵心的缺口處穿過(guò)霍爾心的缺口處穿過(guò)霍爾元件元件，從而，從而產(chǎn)生與電產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓流成正比的霍爾電壓。鐵心鐵心 線性霍線性霍爾爾IC EH=KBB= KI I 穿過(guò)鐵心的磁穿過(guò)鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度B與被測(cè)電與被測(cè)電流流I比成正。比成正。 霍爾霍爾IC的輸出電的輸出電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)EH與與B成正比，成正比，所以也與所以也與被測(cè)電流被測(cè)電流I I比比成正成正。壓舌壓舌豁口豁口直流直流200A量程量程被測(cè)電流被測(cè)電流的導(dǎo)線未放入的導(dǎo)線未放入鐵心時(shí)示值為鐵心時(shí)示值為零。零。70.9A鉗形表的環(huán)形鐵心可以張開(kāi)， 導(dǎo)線由此穿過(guò)霍爾鉗形 電流表演示霍爾鉗形霍爾鉗形 電流表演示電流表演示70.

28、9A 將空調(diào)電源的將空調(diào)電源的“三芯護(hù)套線三芯護(hù)套線”夾夾到鉗形表的環(huán)形鐵心中，鉗形表的示到鉗形表的環(huán)形鐵心中，鉗形表的示值為多少？為什么？值為多少？為什么？ 叉形鉗形表叉形鉗形表漏磁稍大，但漏磁稍大，但使用方便使用方便 用鉗形表測(cè)量電用鉗形表測(cè)量電動(dòng)機(jī)的相電流動(dòng)機(jī)的相電流 被測(cè)電流的被測(cè)電流的諧波頻譜諧波頻譜鐵心的鐵心的 開(kāi)開(kāi)合縫隙合縫隙 鐵心的鐵心的杠桿壓舌杠桿壓舌諧波分析儀將非正弦周期諧波分析儀將非正弦周期性電流信號(hào)按傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)性電流信號(hào)按傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，得到頻率為基波頻率整數(shù)倍，得到頻率為基波頻率整數(shù)倍的各正弦分量幅值。的各正弦分量幅值。“磁平衡式霍爾電流傳感器磁平衡式霍爾電流傳感

29、器” 的鐵心上的鐵心上繞有二次繞繞有二次繞組組，與負(fù)載電阻與負(fù)載電阻RS串聯(lián)串聯(lián)?；魻栯妱?dòng)勢(shì)經(jīng)放大，并轉(zhuǎn)換成。霍爾電動(dòng)勢(shì)經(jīng)放大，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)電流與被測(cè)電流IP成正比的輸出電流成正比的輸出電流Is。Is流經(jīng)多匝的二次繞流經(jīng)多匝的二次繞組后，在鐵心中所產(chǎn)生的磁通與一次電流組后，在鐵心中所產(chǎn)生的磁通與一次電流IP所產(chǎn)生的磁所產(chǎn)生的磁通相抵消通相抵消，這樣，這樣，鐵心不易飽和鐵心不易飽和?；魻柶骷跍y(cè)量中起?；魻柶骷跍y(cè)量中起到指示零磁通的作用，屬于閉環(huán)測(cè)量到指示零磁通的作用，屬于閉環(huán)測(cè)量,溫漂較小溫漂較小?！?“匝數(shù)比匝數(shù)比” ：根據(jù)磁場(chǎng)有關(guān)定律，同一個(gè)鐵心中根據(jù)磁場(chǎng)有關(guān)定律，同一個(gè)鐵心中的一次繞

30、組與二次繞組必須有相等的安匝數(shù)，即：的一次繞組與二次繞組必須有相等的安匝數(shù)，即：IPNP=ISNS，或：，或：PSPSSPSPNINININI NP被定義為被定義為“一次測(cè)線圈一次測(cè)線圈”的匝數(shù)，的匝數(shù)，一般取一般取NP=1；NS為廠家所設(shè)定的為廠家所設(shè)定的“二次側(cè)線圈的匝數(shù)二次側(cè)線圈的匝數(shù)” 開(kāi)環(huán)型開(kāi)環(huán)型的霍爾電流傳感器沒(méi)有的霍爾電流傳感器沒(méi)有二次側(cè)線圈二次側(cè)線圈。例例：設(shè)某型號(hào)霍爾電流傳感器的設(shè)某型號(hào)霍爾電流傳感器的額定匝數(shù)比額定匝數(shù)比NP/NS=1/2000，標(biāo)準(zhǔn)額定電流值標(biāo)準(zhǔn)額定電流值IPN=300A，二次側(cè)，二次側(cè)的負(fù)載電阻的負(fù)載電阻RS=30。通電后，用電流表測(cè)得。通電后，用電流表

31、測(cè)得二次側(cè)二次側(cè)電流電流IS=0.1A，求：求：輸出到弱電回路的輸出電壓輸出到弱電回路的輸出電壓US和和被測(cè)電流被測(cè)電流IP。解解：1）US=RSIS=300.1A=3V 2）根據(jù)匝數(shù)比公式，被測(cè)電流）根據(jù)匝數(shù)比公式，被測(cè)電流IP為：為： SSP20000.1A200A1PNIIN電流比定義為：電流比定義為： IPN被定義為被定義為“一次測(cè)線圈一次測(cè)線圈”的的額定電流額定電流；ISN被定義為被定義為“二次側(cè)線圈二次側(cè)線圈” 的的額定電流額定電流PNNSNIKI例例：設(shè)某型號(hào)霍爾電流傳感器的設(shè)某型號(hào)霍爾電流傳感器的額定電流比額定電流比KN=IPN/ISN=300:0.3（匝數(shù)比（匝數(shù)比i=NP/NS=1/1000），），NP=1，“二次負(fù)載電阻二次負(fù)載電阻”RS=30。通電后，用數(shù)。通電后，用數(shù)字電壓表測(cè)得二次輸出電壓字電壓表測(cè)得二次輸出電壓US=4.5V，求求：1）額）額定電流比定電流比IPN；2）流過(guò)）流過(guò)RS的二次電流的二次電流IS；3）被測(cè)電）被測(cè)電流流IP 。解：解：1）由額定電流比）由額定電流比KN=300:0.3可知，可知， IP