第05章磁電式傳感器學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第05章磁電式傳感器章磁電式傳感器第一頁(yè)，共53頁(yè)。bdVHIlBvFF1HRne稱為霍爾系數(shù)，它是由基片材料的物理性質(zhì)稱為霍爾系數(shù)，它是由基片材料的物理性質(zhì)決定常數(shù)；決定常數(shù)； HHRKd靈敏度系數(shù)，表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位靈敏度系數(shù)，表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)大小?？刂齐娏鲿r(shí)的霍爾電勢(shì)大小。 當(dāng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾片平面和霍爾片平面法線成角度法線成角度時(shí)時(shí), 霍爾電勢(shì)為：霍爾電勢(shì)為： cosHHVKIBl設(shè)為設(shè)為N型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，l 載流子為電子載流子為電子(dinz)。第1頁(yè)/共53頁(yè)第二頁(yè)，共53頁(yè)。 霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾

2、效應(yīng)原霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測(cè)量，如電流、磁場(chǎng)、位移、壓力等轉(zhuǎn)換理而將被測(cè)量，如電流、磁場(chǎng)、位移、壓力等轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，堅(jiān)固，頻率響應(yīng)寬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，堅(jiān)固，頻率響應(yīng)寬，動(dòng)態(tài)范圍大，動(dòng)態(tài)范圍大, ,無(wú)觸點(diǎn)無(wú)觸點(diǎn), ,使用壽命長(zhǎng)使用壽命長(zhǎng), ,可靠性高可靠性高, ,易微易微型化和集成電路化。型化和集成電路化。 不足：不足：溫度影響大，要求轉(zhuǎn)換精度較高時(shí)必須溫度影響大，要求轉(zhuǎn)換精度較高時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。進(jìn)行溫度補(bǔ)償。第2頁(yè)/共53頁(yè)第三頁(yè)，共53頁(yè)。砷化鈉霍爾器件砷化鈉霍爾器件(qjin)溫度系數(shù)

3、小，靈敏度高，線性度好，溫漂小，穩(wěn)定性高，體積小溫度系數(shù)小，靈敏度高，線性度好，溫漂小，穩(wěn)定性高，體積小第3頁(yè)/共53頁(yè)第四頁(yè)，共53頁(yè)。二、霍爾片主要二、霍爾片主要(zhyo)(zhyo)技術(shù)技術(shù)指標(biāo)指標(biāo) 1、額定激勵(lì)、額定激勵(lì)(jl)電流電流 IH 使霍爾片溫升使霍爾片溫升10所施加的控制電流值。所施加的控制電流值。 （限制額定激勵(lì)（限制額定激勵(lì)(jl)電流的主要因素是散熱條件）電流的主要因素是散熱條件） 2、輸入電阻、輸入電阻 Ri 控制電極間的電阻值，規(guī)定在室溫（控制電極間的電阻值，規(guī)定在室溫（205）的）的環(huán)境溫度中測(cè)取。環(huán)境溫度中測(cè)取。 指霍爾電極間的電阻值，規(guī)定在（指霍爾電極間的

4、電阻值，規(guī)定在（205）條件下測(cè)）條件下測(cè)取。取。 3、輸出電阻、輸出電阻 RS第4頁(yè)/共53頁(yè)第五頁(yè)，共53頁(yè)。4、不等位電勢(shì)、不等位電勢(shì)(dinsh)V0及零位電及零位電阻阻r0 當(dāng)控制磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，控制電流為額定值當(dāng)控制磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，控制電流為額定值IH時(shí)，霍爾時(shí)，霍爾電極間的空載電勢(shì)稱為電極間的空載電勢(shì)稱為(chn wi)不等位電勢(shì)（或零位電勢(shì)）。不等位電勢(shì)（或零位電勢(shì)）。 不等位電勢(shì)也可用不等位電阻不等位電勢(shì)也可用不等位電阻(dinz)表示：表示： 0 零位電阻零位電阻 第5頁(yè)/共53頁(yè)第六頁(yè)，共53頁(yè)。產(chǎn)生不等位電勢(shì)的原因主要是：產(chǎn)生不等位電勢(shì)的原因主要是： 霍爾電極安裝位置不

5、正確（不對(duì)稱霍爾電極安裝位置不正確（不對(duì)稱(duchn)或不在同一等電位面上）；或不在同一等電位面上）； 半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 控制電極接觸不良造成控制電流不均勻分布等?？刂齐姌O接觸不良造成控制電流不均勻分布等。 （均是制造工藝造成的）（均是制造工藝造成的）第6頁(yè)/共53頁(yè)第七頁(yè)，共53頁(yè)。三、霍爾片的電路三、霍爾片的電路(dinl) (dinl) 1、不等位、不等位(dn wi)電電勢(shì)的補(bǔ)償勢(shì)的補(bǔ)償 由于不等位電勢(shì)與不等位電阻是一致由于不等位電勢(shì)與不等位電阻是一致(yzh)的，的，因此可以用分析其電阻的方

6、法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。因此可以用分析其電阻的方法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。 第7頁(yè)/共53頁(yè)第八頁(yè)，共53頁(yè)。ABCDIR1R2R3R4 補(bǔ)償原理：補(bǔ)償原理： 將將R1、R2、R3、R4其視為電其視為電橋的四個(gè)臂，即電橋不平衡，橋的四個(gè)臂，即電橋不平衡，為使其平衡可在阻值較大為使其平衡可在阻值較大(jio d)的臂上并聯(lián)電阻，的臂上并聯(lián)電阻，或在兩個(gè)臂上同時(shí)并聯(lián)電阻?；蛟趦蓚€(gè)臂上同時(shí)并聯(lián)電阻。 圖中圖中A、B為控制電極為控制電極(dinj)，C、D為霍爾電極為霍爾電極(dinj)，在極間分布的電阻用，在極間分布的電阻用R1、R2、R3、R4表示，表示，理想情況是理想情況是R1R2R3R4，即零位電勢(shì)為零（或零，即零

7、位電勢(shì)為零（或零位電阻為零）。但實(shí)際上存在著零位電勢(shì)，則說(shuō)明此四位電阻為零）。但實(shí)際上存在著零位電勢(shì)，則說(shuō)明此四個(gè)電阻不等。個(gè)電阻不等。第8頁(yè)/共53頁(yè)第九頁(yè)，共53頁(yè)。第9頁(yè)/共53頁(yè)第十頁(yè)，共53頁(yè)。2、溫度、溫度(wnd)補(bǔ)償補(bǔ)償 霍爾片是采用半導(dǎo)體材料制造的，因此它們霍爾片是采用半導(dǎo)體材料制造的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。如半導(dǎo)體材的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。如半導(dǎo)體材料的電阻率，遷移率和載流子濃度等都隨溫度而料的電阻率，遷移率和載流子濃度等都隨溫度而變化。變化。 霍爾片的性能參數(shù)如輸入和輸出電阻，霍爾霍爾片的性能參數(shù)如輸入和輸出電阻，霍爾系數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍

8、爾電勢(shì)變化，產(chǎn)系數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電勢(shì)變化，產(chǎn)生溫度誤差，為了減小溫度差：生溫度誤差，為了減小溫度差： 除選用溫度系數(shù)較小的材料（如砷化銦）；除選用溫度系數(shù)較小的材料（如砷化銦）； 采用適當(dāng)采用適當(dāng)(shdng)的補(bǔ)償電路。的補(bǔ)償電路。 第10頁(yè)/共53頁(yè)第十一頁(yè)，共53頁(yè)。（1）采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)）采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)(bnglin)電阻電阻 溫度變化引起霍爾元件溫度變化引起霍爾元件(yunjin)輸入電阻變輸入電阻變化，在穩(wěn)壓源供電時(shí)，會(huì)使控制電流發(fā)生變化，帶化，在穩(wěn)壓源供電時(shí)，會(huì)使控制電流發(fā)生變化，帶來(lái)誤差。來(lái)誤差。 為了減小這種誤差，最好采用恒流源，但霍爾片

9、為了減小這種誤差，最好采用恒流源，但霍爾片的靈敏度系數(shù)的靈敏度系數(shù)KH也是溫度的函數(shù)，為進(jìn)一步提高也是溫度的函數(shù)，為進(jìn)一步提高VH的溫度穩(wěn)定性，對(duì)于具有正溫度系數(shù)的霍爾元件，可的溫度穩(wěn)定性，對(duì)于具有正溫度系數(shù)的霍爾元件，可在其輸入回路中并聯(lián)在其輸入回路中并聯(lián)(bnglin)電阻電阻RP。 第11頁(yè)/共53頁(yè)第十二頁(yè)，共53頁(yè)。（2）采用）采用(ciyng)恒壓源和輸入回路串聯(lián)恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻電阻 當(dāng)霍爾元件采用穩(wěn)壓電源供電，且霍爾輸當(dāng)霍爾元件采用穩(wěn)壓電源供電，且霍爾輸出開(kāi)路出開(kāi)路(kil)狀態(tài)工作時(shí)，可在輸入回路串入狀態(tài)工作時(shí)，可在輸入回路串入適當(dāng)電阻來(lái)補(bǔ)償溫度誤差。適當(dāng)電阻來(lái)補(bǔ)償溫度

10、誤差。 第12頁(yè)/共53頁(yè)第十三頁(yè)，共53頁(yè)。四、霍爾開(kāi)關(guān)四、霍爾開(kāi)關(guān)(kigun)(kigun)集成集成傳感器傳感器 霍爾開(kāi)關(guān)集成傳霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器是利用霍爾效應(yīng)感器是利用霍爾效應(yīng)與集成電路技術(shù)結(jié)合與集成電路技術(shù)結(jié)合而制成的一種磁敏傳而制成的一種磁敏傳感器，它能感知感器，它能感知(gnzh)與磁信息有與磁信息有關(guān)的物理量，并以開(kāi)關(guān)的物理量，并以開(kāi)關(guān)信號(hào)形式輸出。關(guān)信號(hào)形式輸出。 穩(wěn)壓穩(wěn)壓整形整形VCC輸出輸出地地123霍爾元霍爾元件件放大放大 由穩(wěn)壓電路、霍爾元件、放大器、整形電路、開(kāi)路輸出五由穩(wěn)壓電路、霍爾元件、放大器、整形電路、開(kāi)路輸出五部分組成部分組成(z chn)。穩(wěn)壓電路可使傳感

11、器在較寬的電源電壓范。穩(wěn)壓電路可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，開(kāi)始輸出可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。圍內(nèi)工作，開(kāi)始輸出可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。 第13頁(yè)/共53頁(yè)第十四頁(yè)，共53頁(yè)。穩(wěn)壓穩(wěn)壓整形整形VCC輸出輸出地地123霍爾元霍爾元件件放大放大 當(dāng)有磁場(chǎng)作用在傳感器上時(shí)，霍爾元件輸出霍爾電壓當(dāng)有磁場(chǎng)作用在傳感器上時(shí)，霍爾元件輸出霍爾電壓VH，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路，當(dāng)放大后的該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路，當(dāng)放大后的VH電壓大于電壓大于“開(kāi)啟開(kāi)啟”閾值時(shí)，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高閾值時(shí)，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，使半導(dǎo)體管導(dǎo)通電平，

12、使半導(dǎo)體管導(dǎo)通“開(kāi)狀態(tài)開(kāi)狀態(tài)”；當(dāng)磁場(chǎng)減弱時(shí)，霍；當(dāng)磁場(chǎng)減弱時(shí)，霍爾元件輸出的爾元件輸出的VH很小，經(jīng)放入器放大后其值也小于施密特整很小，經(jīng)放入器放大后其值也小于施密特整形電路的形電路的“關(guān)閉關(guān)閉”閾值，施密特整形電路再次翻轉(zhuǎn)，輸出低閾值，施密特整形電路再次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，使半導(dǎo)體管截止，這種狀態(tài)為電平，使半導(dǎo)體管截止，這種狀態(tài)為“關(guān)狀態(tài)關(guān)狀態(tài)”。一次。一次磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，就使傳感器完成了一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，就使傳感器完成了一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 工作原理：工作原理：霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的用途：霍爾開(kāi)關(guān)傳感器的用途： 霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器基本霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器基本(jbn)用途有：汽車(chē)點(diǎn)火系用途有

13、：汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速、里程測(cè)定、機(jī)械設(shè)備的限位開(kāi)關(guān)、統(tǒng)、保安系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速、里程測(cè)定、機(jī)械設(shè)備的限位開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)、電流的檢測(cè)與控制、位置及角度的檢測(cè)，等等。按鈕開(kāi)關(guān)、電流的檢測(cè)與控制、位置及角度的檢測(cè)，等等。 第14頁(yè)/共53頁(yè)第十五頁(yè)，共53頁(yè)。幾種幾種(j zhn)接接口電路形式口電路形式第15頁(yè)/共53頁(yè)第十六頁(yè)，共53頁(yè)。幾種幾種(j zhn)不同尺寸外形的不同尺寸外形的霍爾開(kāi)關(guān)霍爾開(kāi)關(guān)第16頁(yè)/共53頁(yè)第十七頁(yè)，共53頁(yè)。五、霍爾線性集成五、霍爾線性集成(j chn)(j chn)傳感器傳感器 霍爾線性集成傳感器的輸出霍爾線性集成傳感器的輸出(shch)電壓與外加磁電壓與外加

14、磁場(chǎng)呈線性比例關(guān)系。場(chǎng)呈線性比例關(guān)系。 穩(wěn)壓穩(wěn)壓VCC輸出輸出地地123霍爾元霍爾元件件放大放大穩(wěn)壓穩(wěn)壓VCC輸輸出出地地341霍爾元霍爾元件件放大放大8單端輸出傳感器的電路單端輸出傳感器的電路(dinl)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)雙端輸出的電路結(jié)構(gòu)雙端輸出的電路結(jié)構(gòu)第17頁(yè)/共53頁(yè)第十八頁(yè)，共53頁(yè)。 霍爾線性集成傳感器一般由霍爾元件和放大霍爾線性集成傳感器一般由霍爾元件和放大器組成，當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生與磁場(chǎng)成器組成，當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生與磁場(chǎng)成線性比例變化的霍爾電壓，經(jīng)放大器放大后輸出。線性比例變化的霍爾電壓，經(jīng)放大器放大后輸出。 霍爾線性傳感器廣泛用于位置、力、重量、霍爾線性傳感器廣泛用于

15、位置、力、重量、厚度、速度、磁場(chǎng)、電流等的測(cè)量厚度、速度、磁場(chǎng)、電流等的測(cè)量(cling)或控或控制。制。 第18頁(yè)/共53頁(yè)第十九頁(yè)，共53頁(yè)。六、霍爾傳感器的應(yīng)用六、霍爾傳感器的應(yīng)用(yngyng) (yngyng) 霍爾元件可以測(cè)量磁物理量及電量、還可以通霍爾元件可以測(cè)量磁物理量及電量、還可以通 過(guò)轉(zhuǎn)換測(cè)量其它非電量。過(guò)轉(zhuǎn)換測(cè)量其它非電量。 由于霍爾元件的輸出量是比例于兩個(gè)輸入量的由于霍爾元件的輸出量是比例于兩個(gè)輸入量的 乘積，因此乘積，因此(ync)可以方便而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)乘法可以方便而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，運(yùn)算， 可構(gòu)成各種非線性運(yùn)算部件。可構(gòu)成各種非線性運(yùn)算部件。 霍爾元件工作從直流到數(shù)

16、百千赫茲的頻率范圍霍爾元件工作從直流到數(shù)百千赫茲的頻率范圍 內(nèi)。內(nèi)。 霍爾元件在工程技術(shù)上的應(yīng)用霍爾元件在工程技術(shù)上的應(yīng)用(yngyng)相當(dāng)相當(dāng)廣泛，具體產(chǎn)品有高斯計(jì)、霍爾羅盤(pán)、大電流計(jì)、廣泛，具體產(chǎn)品有高斯計(jì)、霍爾羅盤(pán)、大電流計(jì)、功率計(jì)、位移傳感器、乘法器、調(diào)制器等。功率計(jì)、位移傳感器、乘法器、調(diào)制器等。第19頁(yè)/共53頁(yè)第二十頁(yè)，共53頁(yè)。1、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速(zhun s)測(cè)量測(cè)量 NS霍爾元霍爾元件件（轉(zhuǎn)角）（轉(zhuǎn)角）VH02NS霍爾元霍爾元件件（轉(zhuǎn)角）（轉(zhuǎn)角）VH0永磁體裝在軸端的永磁體裝在軸端的(dund)轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量方法方法永磁體裝在軸側(cè)的轉(zhuǎn)速永磁體裝在軸側(cè)的轉(zhuǎn)速(zhun s)測(cè)

17、量方法測(cè)量方法第20頁(yè)/共53頁(yè)第二十一頁(yè)，共53頁(yè)。工作原理及用途：工作原理及用途：被測(cè)體上貼一磁鋼，非接觸式測(cè)量，高可靠，適用于被測(cè)體上貼一磁鋼，非接觸式測(cè)量，高可靠，適用于低轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)速(zhun s)(zhun s)，體積小、安裝方便，對(duì)環(huán)境無(wú)，體積小、安裝方便，對(duì)環(huán)境無(wú)要求，適合各種惡劣環(huán)境、污濁環(huán)境、功耗低，適宜要求，適合各種惡劣環(huán)境、污濁環(huán)境、功耗低，適宜長(zhǎng)期工作。長(zhǎng)期工作?；魻柺睫D(zhuǎn)速霍爾式轉(zhuǎn)速(zhun s)計(jì)計(jì)第21頁(yè)/共53頁(yè)第二十二頁(yè)，共53頁(yè)。2、利用、利用(lyng)霍爾線性集成傳感器進(jìn)行磁法覆霍爾線性集成傳感器進(jìn)行磁法覆蓋蓋 層厚度測(cè)量層厚度測(cè)量 磁法覆蓋磁法覆蓋(f

18、gi)厚度測(cè)量是指對(duì)鐵磁性物質(zhì)表面非厚度測(cè)量是指對(duì)鐵磁性物質(zhì)表面非磁性涂層的厚度測(cè)量。磁性涂層的厚度測(cè)量。 例如對(duì)鋼鐵表面的鍍膜、油漆、塑料、搪瓷等覆蓋例如對(duì)鋼鐵表面的鍍膜、油漆、塑料、搪瓷等覆蓋(fgi)層的厚度等便可使用磁法厚度測(cè)量的方法。層的厚度等便可使用磁法厚度測(cè)量的方法。第22頁(yè)/共53頁(yè)第二十三頁(yè)，共53頁(yè)。U型鐵心型鐵心永磁體永磁體鐵磁基體鐵磁基體磁回路磁回路SL3501M覆蓋層覆蓋層 測(cè)量時(shí)將測(cè)量時(shí)將U形鐵芯的兩極放到被測(cè)物體表面上，這時(shí)永磁形鐵芯的兩極放到被測(cè)物體表面上，這時(shí)永磁體產(chǎn)生的磁通便通過(guò)體產(chǎn)生的磁通便通過(guò)U形鐵芯和被測(cè)物體構(gòu)成磁回路。當(dāng)被測(cè)形鐵芯和被測(cè)物體構(gòu)成磁回路

19、。當(dāng)被測(cè)物體表面覆蓋層厚度不同時(shí)物體表面覆蓋層厚度不同時(shí)(tngsh)，磁回路的磁阻和磁通量，磁回路的磁阻和磁通量將會(huì)發(fā)生變化，磁回路中的霍爾集成傳感器將會(huì)檢測(cè)出磁場(chǎng)強(qiáng)將會(huì)發(fā)生變化，磁回路中的霍爾集成傳感器將會(huì)檢測(cè)出磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同，從而使霍爾集成傳感器產(chǎn)生的輸出電壓隨覆蓋層厚度的不同，從而使霍爾集成傳感器產(chǎn)生的輸出電壓隨覆蓋層厚度的不同而變化，完成覆蓋層非電量到電量的轉(zhuǎn)換。度的不同而變化，完成覆蓋層非電量到電量的轉(zhuǎn)換。 將將U型硅鋼片鐵型硅鋼片鐵芯中間芯中間(zhngjin)斷斷開(kāi)，然后將開(kāi)，然后將SL3501M霍爾線性霍爾線性集成傳感器和一片釹集成傳感器和一片釹鐵硼永磁體夾在中間鐵硼永磁體夾

20、在中間(zhngjin)，用，用502膠粘牢。膠粘牢。第23頁(yè)/共53頁(yè)第二十四頁(yè)，共53頁(yè)。 霍爾集成傳感器內(nèi)部雖然設(shè)有差分放大器，但其輸出霍爾集成傳感器內(nèi)部雖然設(shè)有差分放大器，但其輸出的電壓仍然滿足的電壓仍然滿足(mnz)不了使用電路的要求，為此，將信不了使用電路的要求，為此，將信號(hào)加一級(jí)放大，便可得到足夠大的信號(hào)幅度。號(hào)加一級(jí)放大，便可得到足夠大的信號(hào)幅度。5VIC1IC25VUOUT第24頁(yè)/共53頁(yè)第二十五頁(yè)，共53頁(yè)。3、霍爾元件在電流測(cè)量、霍爾元件在電流測(cè)量(cling)上的應(yīng)上的應(yīng)用用 用霍爾元件測(cè)量電流，都是通過(guò)霍爾元件檢測(cè)通電用霍爾元件測(cè)量電流，都是通過(guò)霍爾元件檢測(cè)通電(t

21、ng din)導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在現(xiàn)代工程技術(shù)中，往往要測(cè)量大直流電流，有在現(xiàn)代工程技術(shù)中，往往要測(cè)量大直流電流，有時(shí)直流電流值高達(dá)時(shí)直流電流值高達(dá)10KA以上。過(guò)去，多采用電阻器分以上。過(guò)去，多采用電阻器分流的方法來(lái)測(cè)量這樣流的方法來(lái)測(cè)量這樣(zhyng)大的電流。這種方法有大的電流。這種方法有許多缺點(diǎn)，如分流器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、耗電、耗銅等許多缺點(diǎn)，如分流器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、耗電、耗銅等。利用霍爾效應(yīng)原理測(cè)量大電流可以克服上述的一些。利用霍爾效應(yīng)原理測(cè)量大電流可以克服上述的一些缺點(diǎn)?；魻栃?yīng)大電流計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、準(zhǔn)確度缺點(diǎn)?；魻栃?yīng)大電流計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、

22、準(zhǔn)確度高，在很大程度上與頻率無(wú)關(guān)，便于遠(yuǎn)距離測(cè)量，測(cè)高，在很大程度上與頻率無(wú)關(guān)，便于遠(yuǎn)距離測(cè)量，測(cè)量時(shí)不需要斷開(kāi)回路。量時(shí)不需要斷開(kāi)回路。第25頁(yè)/共53頁(yè)第二十六頁(yè)，共53頁(yè)。 （1）導(dǎo)線旁測(cè)法）導(dǎo)線旁測(cè)法 這種方法是一種最簡(jiǎn)這種方法是一種最簡(jiǎn)單的方法，將霍爾元件單的方法，將霍爾元件放在通電導(dǎo)線的附近，放在通電導(dǎo)線的附近，給霍爾元件通以恒定電給霍爾元件通以恒定電流，用霍爾元件測(cè)量被流，用霍爾元件測(cè)量被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)(cchng)，就可以從元，就可以從元件輸出的霍爾電壓中確件輸出的霍爾電壓中確定被測(cè)電流值。定被測(cè)電流值。 這種方法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)這種方法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度較差

23、，單，但測(cè)量精度較差，受外界干擾也大，只適受外界干擾也大，只適用一些不重要的場(chǎng)合。用一些不重要的場(chǎng)合。BICI通電電流通電電流VH第26頁(yè)/共53頁(yè)第二十七頁(yè)，共53頁(yè)。 當(dāng)導(dǎo)線中有電流流通時(shí)，當(dāng)導(dǎo)線中有電流流通時(shí)，導(dǎo)線周?chē)鷮?dǎo)線周?chē)?zhuwi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，使導(dǎo)磁體鐵芯磁化成暫時(shí)性使導(dǎo)磁體鐵芯磁化成暫時(shí)性磁鐵，在環(huán)形氣隙中就會(huì)形磁鐵，在環(huán)形氣隙中就會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)，導(dǎo)體中的電流成一個(gè)磁場(chǎng)，導(dǎo)體中的電流越大，氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越大，霍爾元器件輸出的就越大，霍爾元器件輸出的霍爾電壓霍爾電壓VH就越大?？梢酝ň驮酱蟆？梢酝ㄟ^(guò)霍爾電壓檢測(cè)到導(dǎo)線中的過(guò)霍爾電壓檢測(cè)到導(dǎo)線中

24、的電流。這種方法可以提高電電流。這種方法可以提高電流測(cè)量的精度。流測(cè)量的精度。導(dǎo)磁鐵導(dǎo)磁鐵心心霍爾元器件霍爾元器件通電導(dǎo)通電導(dǎo)線線I（2）導(dǎo)線）導(dǎo)線(doxin)貫串磁芯法貫串磁芯法 如果用鐵磁材料做成磁導(dǎo)體的鐵芯，使被測(cè)通電導(dǎo)線如果用鐵磁材料做成磁導(dǎo)體的鐵芯，使被測(cè)通電導(dǎo)線(doxin)貫串它的中央，將霍爾元件或霍爾集成傳感器放在貫串它的中央，將霍爾元件或霍爾集成傳感器放在磁導(dǎo)體的氣隙中，這樣，可以通過(guò)環(huán)形鐵芯集中磁力線，如磁導(dǎo)體的氣隙中，這樣，可以通過(guò)環(huán)形鐵芯集中磁力線，如下圖所示。下圖所示。測(cè)量原理測(cè)量原理第27頁(yè)/共53頁(yè)第二十八頁(yè)，共53頁(yè)。 在實(shí)際應(yīng)用中，為了測(cè)量的方便，還可以把導(dǎo)

25、磁鐵芯做成鉗在實(shí)際應(yīng)用中，為了測(cè)量的方便，還可以把導(dǎo)磁鐵芯做成鉗式形狀式形狀(xngzhun)，或非閉合磁路的形狀，或非閉合磁路的形狀(xngzhun)，如下圖所，如下圖所示。示。I霍爾元器件霍爾元器件通電導(dǎo)線通電導(dǎo)線導(dǎo)磁鐵心導(dǎo)磁鐵心霍爾元器件霍爾元器件通電導(dǎo)線通電導(dǎo)線導(dǎo)磁鐵心導(dǎo)磁鐵心I鉗式鉗式非閉合非閉合(b h)磁路式磁路式第28頁(yè)/共53頁(yè)第二十九頁(yè)，共53頁(yè)。 （3）磁芯繞線法）磁芯繞線法 這種方法如下圖所示。它由標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形這種方法如下圖所示。它由標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形(hun xn)導(dǎo)磁鐵芯和導(dǎo)磁鐵芯和SL3501M霍爾線性集成傳感器組合而成?；魻柧€性集成傳感器組合而成。SL3501M通電導(dǎo)線通電導(dǎo)

26、線導(dǎo)磁鐵心導(dǎo)磁鐵心I 被測(cè)通電導(dǎo)線繞在導(dǎo)被測(cè)通電導(dǎo)線繞在導(dǎo)磁鐵芯上，每磁鐵芯上，每1安安1匝在氣匝在氣隙處可產(chǎn)生隙處可產(chǎn)生0. 0056T的磁的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若測(cè)量范圍是感應(yīng)強(qiáng)度。若測(cè)量范圍是020A時(shí)，則導(dǎo)線繞制時(shí)，則導(dǎo)線繞制9匝匝便可產(chǎn)生約便可產(chǎn)生約0. 1 T的磁感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，強(qiáng)度，SL3501M會(huì)有會(huì)有1. 4V的電壓的電壓(diny)輸出。輸出。第29頁(yè)/共53頁(yè)第三十頁(yè)，共53頁(yè)。數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)鉗型表鉗型表用途：用途：主要用于大電流測(cè)量，可用于機(jī)械加工車(chē)間，工主要用于大電流測(cè)量，可用于機(jī)械加工車(chē)間，工廠廠(gngchng)(gngchng)，及各種耗電量較大的任何場(chǎng)合，及各種

27、耗電量較大的任何場(chǎng)合。第30頁(yè)/共53頁(yè)第三十一頁(yè)，共53頁(yè)。4、霍爾元件在磁性材料研究、霍爾元件在磁性材料研究(ynji)上的應(yīng)上的應(yīng)用用被測(cè)磁性物質(zhì)被測(cè)磁性物質(zhì)交流信號(hào)源交流信號(hào)源霍爾元件霍爾元件示波器示波器電流表電流表磁化磁化繞組繞組 在磁性材料特性研究中，往往需要復(fù)雜的過(guò)程在磁性材料特性研究中，往往需要復(fù)雜的過(guò)程(guchng)才能才能得到得到B-H曲線或磁場(chǎng)分布圖。因?yàn)榛魻栯妷和F芯磁化繞組的電曲線或磁場(chǎng)分布圖。因?yàn)榛魻栯妷和F芯磁化繞組的電流的關(guān)系流的關(guān)系VH=f (IM）同樣反映了磁感應(yīng)強(qiáng)度）同樣反映了磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間之間的關(guān)的關(guān)系系B=f (H)，所以可以

28、直接用示波器來(lái)觀察這個(gè)關(guān)系。，所以可以直接用示波器來(lái)觀察這個(gè)關(guān)系。第31頁(yè)/共53頁(yè)第三十二頁(yè)，共53頁(yè)。5、霍爾線性位移、霍爾線性位移(wiy)傳感器傳感器霍爾線性位移霍爾線性位移(wiy)傳感器傳感器第32頁(yè)/共53頁(yè)第三十三頁(yè)，共53頁(yè)。若令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一個(gè)均勻梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)，它輸出若令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一個(gè)均勻梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)，它輸出(shch)的霍爾電壓的霍爾電壓VH值只由它在該磁場(chǎng)中的位移量值只由它在該磁場(chǎng)中的位移量Z來(lái)決定。圖中來(lái)決定。圖中3種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的

29、位移傳感器的輸出(shch)特性曲線，將它們固定在被測(cè)系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)（特性曲線，將它們固定在被測(cè)系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)（b）在）在Z2mm時(shí)，時(shí)，VH與與Z有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)1m，結(jié)構(gòu)（，結(jié)構(gòu)（C）的靈敏度高，但工作距離較小。）的靈敏度高，但工作距離較小。 幾種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)幾種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)(cchng)的磁系統(tǒng)和幾種霍的磁系統(tǒng)和幾種霍爾位移傳感器的靜態(tài)特性爾位移傳感器的靜態(tài)特性 霍爾線性位移霍爾線性位移(wiy)傳傳感器原理感器原理第33頁(yè)/共53頁(yè)第三十四頁(yè)，共53頁(yè)。6、霍爾壓力、霍爾壓力

30、(yl)傳感傳感器器 霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成，如圖所示?；魻枆毫鞲衅饔蓮椥栽畔到y(tǒng)和霍爾元件等部分組成，如圖所示。(a)的彈性元件為膜盒，的彈性元件為膜盒，(b)為彈簧片，為彈簧片，(c)為波紋管。磁系統(tǒng)最好用在能構(gòu)成均勻梯度磁場(chǎng)的復(fù)合系統(tǒng)，如圖中的為波紋管。磁系統(tǒng)最好用在能構(gòu)成均勻梯度磁場(chǎng)的復(fù)合系統(tǒng)，如圖中的(a)、(b)，也可采用單一磁體，如，也可采用單一磁體，如(c)。加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變作用到霍爾元件上的磁場(chǎng)，從而。加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變作用到霍爾元件上的磁場(chǎng)，從而(cng r)改變它的輸出電

31、壓改變它的輸出電壓VH。由事先校準(zhǔn)的。由事先校準(zhǔn)的pf(VH)曲線即可得到被測(cè)壓力曲線即可得到被測(cè)壓力p的值。的值。 霍爾壓力霍爾壓力(yl)傳感器的構(gòu)成原傳感器的構(gòu)成原理理 第34頁(yè)/共53頁(yè)第三十五頁(yè)，共53頁(yè)。檢測(cè)檢測(cè)(jin c)(jin c)齒輪的速度、齒形、齒數(shù)齒輪的速度、齒形、齒數(shù) 7、齒輪、齒輪(chln)檢測(cè)檢測(cè)36第35頁(yè)/共53頁(yè)第三十六頁(yè)，共53頁(yè)。汽車(chē)汽車(chē)(qch)防抱死（防抱死（ABS）系統(tǒng)霍爾傳感器）系統(tǒng)霍爾傳感器8、ABS第36頁(yè)/共53頁(yè)第三十七頁(yè)，共53頁(yè)。第37頁(yè)/共53頁(yè)第三十八頁(yè)，共53頁(yè)。 利用利用(lyng)霍爾元件測(cè)地磁場(chǎng)，用于尋北、空間霍爾元件

32、測(cè)地磁場(chǎng)，用于尋北、空間姿態(tài)等。姿態(tài)等。9、霍爾電子、霍爾電子(dinz)羅盤(pán)羅盤(pán)第38頁(yè)/共53頁(yè)第三十九頁(yè)，共53頁(yè)。5-2 5-2 磁柵傳感器簡(jiǎn)介磁柵傳感器簡(jiǎn)介(jin ji)(jin ji)第39頁(yè)/共53頁(yè)第四十頁(yè)，共53頁(yè)。磁尺磁尺靜態(tài)靜態(tài)(jngti)磁頭磁頭去信號(hào)處理去信號(hào)處理(xn ho ch l)電路電路固定孔固定孔第40頁(yè)/共53頁(yè)第四十一頁(yè)，共53頁(yè)。第41頁(yè)/共53頁(yè)第四十二頁(yè)，共53頁(yè)。磁尺與磁頭接觸，使用壽命磁尺與磁頭接觸，使用壽命不如光柵不如光柵(gungshn)，數(shù)年，數(shù)年后易退磁。后易退磁。設(shè)置兩個(gè)磁頭設(shè)置兩個(gè)磁頭(ctu)的的意義何在？意義何在？第42頁(yè)/

33、共53頁(yè)第四十三頁(yè)，共53頁(yè)。壓板壓板(y bn)磁頭磁頭(ctu)磁尺磁尺第43頁(yè)/共53頁(yè)第四十四頁(yè)，共53頁(yè)。磁尺磁尺磁頭磁頭(ctu)安裝在何處？安裝在何處？第44頁(yè)/共53頁(yè)第四十五頁(yè)，共53頁(yè)。 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、速度等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器，也稱為電磁感應(yīng)傳感器。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)N匝線圈在恒定磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為 ，則線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 可見(jiàn)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟線圈的匝數(shù)和穿過(guò)線圈的磁通變化率有關(guān)。一般情況下，匝數(shù)是確定的；而磁通變化率 與磁場(chǎng)強(qiáng)度 、磁路磁阻 、線圈的運(yùn)動(dòng)速度 有關(guān)，故只要改變其中(qzhng)一個(gè)參數(shù)，都會(huì)改變線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 第45頁(yè)/共53頁(yè)第四十六頁(yè)，共53頁(yè)。 動(dòng)圈式磁電傳感器 動(dòng)圈式磁電傳感器又可分為(fn wi)線速度型與角速度型。下圖表示線速度型傳感器工作原理。 在永久磁鐵產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)內(nèi)，放置一個(gè)(y )可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈沿磁場(chǎng)方向做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈相對(duì)于磁場(chǎng)的的運(yùn)動(dòng)速度為v，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：第46頁(yè)/共53頁(yè)第四十七頁(yè)，共53頁(yè)。式中： 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度； 單匝線圈的有效長(zhǎng)度(chngd)； 線圈工作匝數(shù)； 線圈相對(duì)于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)速