第4章 電能量檢測裝置

第四章電能量檢測裝置下一頁4.1熱電偶傳感器4.2壓電式傳感器4.3磁電式傳感器4.4光電池?zé)犭娕紓鞲衅?.14.1.2熱電偶的基本定律4.1.1熱電偶測溫原理4.1.3熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.4熱電偶的實(shí)用測溫電路關(guān)閉下一頁壓電式傳感器4.24.2.1壓電式傳感器工作原理4.2.3壓電傳感器測量電路4.2.2壓電元件等效電路與連接方式4.2.4壓電傳感器應(yīng)用下一頁磁電式傳感器4.34.3.1磁電式傳感器工作原理4.3.2霍爾傳感器下一頁光電池4.44.3.1磁電式傳感器工作原理4.3.2霍爾傳感器4.4.1光電池工作原理4.4.2光電池的基本特性4.4.3光電池的應(yīng)用熱電偶測溫原理熱電效應(yīng)14.1.1ABTT0EAB(T,T0)熱電極熱端（工作端）冷端（自由端）圖4-1熱電偶結(jié)構(gòu)及原理熱電偶是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電勢變化的傳感器。它基于熱電效應(yīng)原理工作。（4-1）熱電效應(yīng)將兩種不同金屬A和B構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中會產(chǎn)生熱電勢，此現(xiàn)象為熱電效應(yīng)。保持冷端溫度不變，回路熱電勢為熱電偶測溫原理4.1.1

熱電勢組成2(1)接觸電勢（帕爾帖電勢）eAB(T)、eAB(T0)產(chǎn)生原因兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢。++++----ABe4-2接觸電勢的產(chǎn)生eAB(T)或eAB(T0)ABeAB(T)eAB(T0)熱電偶測溫原理4.1.1接觸電勢大?。?-2）接觸電勢的大小與兩導(dǎo)體材料的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。數(shù)量級為mV級?；芈返慕佑|電勢(順時(shí)針)熱電偶測溫原理4.1.1T0Te+-4-3溫差電勢的產(chǎn)生（2）溫差電勢產(chǎn)生原因同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢。溫差電勢的大小（4-3）（4-4）熱電偶測溫原理4.1.1溫差電勢與A、B兩種材料的性質(zhì)及兩點(diǎn)的溫度有關(guān)。回路溫差電勢的大小(逆時(shí)針)（4-5）T0TeA(T,T0)eB(T,T0)AB圖4-4回路溫差電勢熱電偶測溫原理4.1.1熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢

EAB(T,T0)=eAB(T)—c=f(T)熱電偶分度表在冷端（參考端）溫度為0℃時(shí),通過計(jì)量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)建立起來的熱電勢與工作端溫度之間的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系表。測得熱電勢，查分度表得溫度值。（4-6）熱電偶測溫原理4.1.1ABBATTnTnT0圖4-5中間溫度定律EAB（T，T0）=EAB（T，Tn)+EAB(Tn,T0)（4-7）熱電偶的基本定律4.1.2中間溫度定律1測量EAB（T，Tn)，查表得EAB(Tn,0°)，然后計(jì)算EAB（T，0°）由EAB（T，0°

）查表得T值。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測量端實(shí)際溫度為830℃用S型熱電偶測量某一溫度，若參比端溫度Tn=30℃，測得的熱電勢E(T,Tn)=7.5mV，求測量端實(shí)際溫度T。熱電偶的基本定律4.1.2

在熱電偶測溫回路內(nèi),接入第三種導(dǎo)體,只要第三種導(dǎo)體（導(dǎo)線）兩端溫度相同,則對回路的總熱電勢沒有影響。

BACT0T0T圖4-6熱電偶中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律2熱電偶的基本定律4.1.2回路中的總熱電勢等于各接點(diǎn)的接觸電勢之和。

EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0)

當(dāng)T=T0

時(shí),有

eBC(T0)+eCA(T0)=—eＡＢ(T0)

ＥＡＢＣ(T,T0)=eAB(T)—eAB(T0)=EAB(T,T0)證明（4-8）熱電偶的基本定律4.1.2EAB（T，T0）= EAC（T，T0）+ECB（T，T0）標(biāo)準(zhǔn)電極C用純鉑絲制成。簡化可熱電偶的選配工作。T0TACTBTCAB+=T0T0圖4-7標(biāo)準(zhǔn)電極定律示意圖標(biāo)準(zhǔn)電極定律3熱電偶的基本定律4.1.2（4-9）證明熱電偶的基本定律4.1.2熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償1只有T0恒定，熱電勢與溫度T成線性關(guān)系。

冷端溫度受環(huán)境影響變化，造成測量誤差。

補(bǔ)償方法：補(bǔ)償導(dǎo)線法

、冰浴法、計(jì)算修正法、

冷端補(bǔ)償電橋法熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3補(bǔ)償導(dǎo)線法2采用與熱電偶熱電特性相同或相近的補(bǔ)償導(dǎo)線。要求（4-10）（1）延長型

類型圖4-7延長型補(bǔ)償導(dǎo)線示意圖廉價(jià)金屬制成的熱電偶用原材料將熱電偶原冷端引到新的冷端。ABTTnTnT0廉價(jià)熱電偶如KX型圖4-8(a)延長型補(bǔ)償導(dǎo)線示意圖（2）補(bǔ)償型

貴重金屬制成的熱電偶用性能熱電相同或相近的補(bǔ)償導(dǎo)線引到新的冷端。使用熱電偶專用連接器如圖4-9。熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3ABTTnTnT0貴重?zé)犭娕既鏢C型圖4-8(b)補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線示意圖熱電偶插頭插孔補(bǔ)償線圖4-9使用熱電偶專用連接器熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3可直接從儀表中讀出熱電勢值，查分度表得出被測點(diǎn)的溫度值。圖4-10冷端溫度處理冰點(diǎn)槽法恒溫法（冰浴法）3熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3實(shí)際使用中，熱電偶的冷端往往不是0℃，而是環(huán)境溫度Tn，這時(shí)測得的熱電勢值為中間溫度定律測出查熱電偶分度表，得到被測熱源的溫度T。分度表查出計(jì)算由冷端溫度修正法4熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓作為補(bǔ)償信號,

來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶測量過程中冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。補(bǔ)償電橋銅電阻與熱電偶參考端處在同一環(huán)境溫度。

室溫時(shí)電橋平衡

R1R3=R2RCu

此時(shí)UAB=0補(bǔ)償電橋法5熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3圖4-11冷端補(bǔ)償電橋法熱電偶的冷端處理與補(bǔ)償4.1.3UbaEAB(T,T0)EAB(T0+△T,T0)圖4-12冷端補(bǔ)償電橋法等效電路示意圖從而實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4溫度變送器A/D微機(jī)顯示放大器A/D微機(jī)顯示圖4-13單點(diǎn)溫度測量測量單點(diǎn)溫度的基本電路1工業(yè)用熱電偶輸出電壓可經(jīng)過溫度變送器變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號，送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送微機(jī)處理。常規(guī)檢測裝置熱電偶輸出可接放大器變?yōu)锳/D量程范圍內(nèi)信號即可。用兩只相同型號的熱電偶，配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，反向串聯(lián)。產(chǎn)生熱電勢為ET=EAB（T1，T0）—EAB（T2，T0）顯示儀表CBADBAT2T1T0T0C圖4-14兩點(diǎn)溫度差測量（4-11）測量兩點(diǎn)溫度差2熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4儀表R1E1R2R3E2E3T2T1T3T0ET圖4-14并聯(lián)測量平均溫度用幾只型號特性相同的熱電偶并聯(lián)在一起。測量多點(diǎn)平均溫度3熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4同類型的熱電偶串聯(lián)。特點(diǎn)是當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，總的熱電勢消失，可以立即知道有熱電偶燒斷。且可測較小溫度的變化。儀表E2E1CDE3T2T1T3T0E圖4-15測幾點(diǎn)的溫度和測量幾點(diǎn)溫度和4熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4并聯(lián)法優(yōu)點(diǎn)是儀表的分度表和單獨(dú)配用一個(gè)熱電偶時(shí)一樣。缺點(diǎn)是當(dāng)有一只熱電偶燒毀時(shí)不能很快發(fā)現(xiàn)?；芈返臒犭妱轂椋?-12）串聯(lián)法可產(chǎn)生較大輸出，在輻射高溫計(jì)中的熱電堆，就是由若干個(gè)熱電偶串聯(lián)而成?？偀犭妱轂槠骄鶡犭妱轂椋?-13）熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4溫度傳感器斷偶檢測低通濾波同相放大冷端溫度補(bǔ)償實(shí)用熱電偶測溫電路5熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4溫度測量與冷端溫度補(bǔ)償由溫度傳感器實(shí)時(shí)測量熱電偶冷端溫度，溫度傳感器輸出熱電偶冷端補(bǔ)償電壓（修正值），此電壓與熱電偶產(chǎn)生熱電勢相加送同相放大器放大。低通濾波阻容低通濾波器將高頻干擾濾除，增強(qiáng)裝置抗干擾性。斷偶檢測熱電偶斷線時(shí)，放大器同相端加高電壓，使放大器輸出飽和。正常工作是由于100M電阻很大，對輸出無影響。熱電偶的實(shí)用測溫電路4.1.4壓電傳感器工作原理4.2.1壓電效應(yīng)：當(dāng)某些電介質(zhì)在受到一定方向的壓力或拉力而產(chǎn)生變形時(shí)，其內(nèi)部將發(fā)生極化現(xiàn)象，在其表面產(chǎn)生電荷，若外力去掉時(shí)，它們又重新回到不帶電狀態(tài)，這種能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。TE+x壓電效應(yīng)_y逆壓電效應(yīng)圖4-16壓電效應(yīng)原理示意圖壓電效應(yīng)1特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)力與電荷的雙向轉(zhuǎn)換。壓電傳感器工作原理4.2.1正六面體。

石英晶體各個(gè)方向的特性是不同的。在直角坐標(biāo)系中，它有三個(gè)軸。電軸（X軸）：穿過六棱柱的棱線，垂直于Z軸（光軸）。垂直于此軸面上的壓電效應(yīng)最強(qiáng)。(1)石英晶體的結(jié)構(gòu)石英晶體壓電效應(yīng)2機(jī)械軸（Y軸）：垂直于棱柱面。在電場沿X向作用下，沿該軸方向的機(jī)械變形最大。

壓電傳感器工作原理4.2.1光軸（Z軸）：垂直于XY。光線沿該軸通過石英晶體時(shí)，無折射，在此方向加外力，無壓電效應(yīng)現(xiàn)象。壓電傳感器工作原理4.2.1(2)力與電荷的關(guān)系

當(dāng)在電軸方向施加作用力時(shí),在與電軸x垂直的平面上將產(chǎn)生電荷,其大小為

qx=d11

fx

產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸無關(guān)。縱向壓電效應(yīng)。

沿機(jī)械軸y方向施加作用力fy,則仍在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qx,其大小為（4-14）（4-15）壓電傳感器工作原理4.2.1壓電傳感器工作原理4.2.1式中:d12——y軸方向受力的壓電系數(shù),d12=－d11;a、

b——晶體切片長度和厚度。產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸有關(guān)，為橫向壓電效應(yīng)。圖4-18電荷符號與受力方向的關(guān)系壓電傳感器工作原理4.2.1(3)壓電效應(yīng)的物理解釋石英晶體sio2，3個(gè)硅離子Si4+離子,6個(gè)氧離子O2-。兩兩成對。微觀分子結(jié)構(gòu)為一個(gè)正六邊形。（1）未受外力作用時(shí),正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上,形成三個(gè)互成120°夾角的電偶極矩P1、P2、P3。

P1+P2+P3=0。正負(fù)電荷中心重合，晶體垂直X軸表面不產(chǎn)生電荷。呈中性。壓電傳感器工作原理4.2.1（2）受x軸方向的壓力作用時(shí),此時(shí)正負(fù)電荷重心不再重合,電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、P3的增加而不等于零,即（P1+P2+P3）>0。在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷,電偶極矩在y方向上的分量仍為零,不出現(xiàn)電荷。（3）受到沿y軸方向的壓力作用時(shí),P1增大,P2、P3

減小。在垂直于x軸正方向出現(xiàn)負(fù)電荷,在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。壓電傳感器工作原理4.2.1（4）沿z軸方向施加作用力,晶體在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同,所以正負(fù)電荷中心保持重合,電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力,晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力fx、fy的方向相反時(shí),電荷的極性也隨之改變。石英晶體的優(yōu)點(diǎn)：介電和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好。多用在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)傳感器或精度很高的傳感器中。也用于鐘表及微機(jī)中的晶振(逆壓電效應(yīng))。壓電傳感器工作原理4.2.1壓電陶瓷的壓電效應(yīng)3電疇的極化方向轉(zhuǎn)向，基本與電場方向一致。

（2）加電場（1）未加電場電疇極化強(qiáng)度為零。圖4-20壓電陶瓷的極化壓電傳感器工作原理4.2.1去掉外電場，材料具備壓電性能，陶瓷片對外不表現(xiàn)極性。陶瓷極化的兩端的束縛電荷與在陶瓷片的電極表面吸附一層外界的自由電荷方向相反，數(shù)值相等。束縛電荷電極自由電荷圖4-21壓電陶瓷內(nèi)束縛電荷與吸附自由電荷示意圖Z壓電傳感器工作原理4.2.1當(dāng)壓電陶瓷受到外力作用時(shí)，電疇的界限發(fā)生移動(dòng)，剩余極化強(qiáng)度將發(fā)生變化，吸附在其表面的部分自由電荷被釋放。釋放的電荷量的大小與外力成正比關(guān)系，即q=d33F

d33為壓電陶瓷的壓電系數(shù)正壓電效應(yīng),如超聲波測流速、測距，熱釋電人體紅外報(bào)警器等。（3）壓電陶瓷力與電荷的關(guān)系（4-16）壓電傳感器工作原理4.2.1壓電元件兩電極之間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，構(gòu)成一個(gè)電容器，其電容量為壓電傳感器可等效成一個(gè)電壓源U和一個(gè)電容相串聯(lián)的電路，可等效成一個(gè)電荷源與一個(gè)電容相并聯(lián)的電路產(chǎn)生的電壓與電荷的關(guān)系為壓電元件的等效電路及連接方式4.2.2壓電元件的等效電路1

(a)電荷源(b)電壓源圖4-22壓電傳感器等效電路（4-18）壓電元件的等效電路及連接方式4.2.2并聯(lián)方式

輸出電荷大，時(shí)間常數(shù)大，適合測慢變信號，以電荷為輸出的場合。（4-19）串聯(lián)方式

輸出電壓大，電容、時(shí)間常數(shù)小，適合以電壓為輸出，高輸入阻抗的場合。（4-20）壓電元件的連接方式2壓電元件的等效電路及連接方式4.2.2（a)并聯(lián)結(jié)構(gòu)

(b)串聯(lián)結(jié)構(gòu)圖4-23壓電元件的連接方式壓電元件的等效電路及連接方式4.2.2壓電傳感器測量電路4.2.3電壓放大器1前置放大器作用：將壓電傳感器的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；放大傳感器輸出的微弱信號。壓電元件受到交變力在力的作用下產(chǎn)生的電壓按正弦規(guī)律變化送入放大器輸入端的電壓為（4-21）（4-22）壓電傳感器測量電路4.2.3輸入端的電壓的幅值是相位差是傳感器的靈敏度為（4-23）（4-24）（4-25）壓電傳感器測量電路4.2.3（1）傳感器宜測高頻動(dòng)態(tài)量。使用時(shí)應(yīng)該注意的問題（2）電纜不宜過長，否則，CC加大，使傳感器的電壓靈敏度下降。（3）要使電壓靈敏度為常數(shù)，應(yīng)使壓電片與前置放大器的連接導(dǎo)線為定長，以保證CC不變。（4）測量低頻信號，應(yīng)增大前置放大器的輸入電阻，使測量回路的時(shí)間常數(shù)增大，保證有較高的靈敏度。壓電傳感器測量電路4.2.3電荷放大器可看作是具有深度電容負(fù)反饋的高增益放大器。凈輸入電荷（4-26）（4-27）（4-28）電荷放大器2壓電傳感器測量電路4.2.3總電荷輸出電壓為電荷放大器的特點(diǎn)是輸出電壓與電纜電容CC無關(guān)，即與電纜長度無關(guān)。且與輸出電荷成正比。（4-29）（4-30）壓電傳感器測量電路4.2.3壓電傳感器測量電路4.2.3連接方式：采用并聯(lián)接法。要求：為使壓電片電荷與力之間成線性關(guān)系，壓電片需有一定的預(yù)壓力，保證接觸面均勻接觸。（1）結(jié)構(gòu)壓電傳感器應(yīng)用4.2.4壓電加速度傳感器1圖4-26壓電加速度計(jì)結(jié)構(gòu)

圖4-27壓電式加速度傳感器工作原理框圖質(zhì)量塊m壓電元件d,k前置放大Au,Aq提高靈敏度的措施采用較大的壓電常數(shù)的材料。多片壓電片組合。（2）工作原理壓電傳感器應(yīng)用4.2.4

壓電引信是一種利用鈦酸鋇壓電陶瓷的壓電效應(yīng)制成的軍用彈丸啟爆裝置。它具有瞬發(fā)度高，不需要配置電源等優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于破甲彈上，對提高彈丸的破甲能力起著重要的作用。

整個(gè)引信由壓電元件和啟爆裝置兩部分組成。壓電元件安裝在彈丸的頭部，啟爆裝置設(shè)置在彈丸的尾部，通過導(dǎo)線互連。平時(shí)電雷管E處于短路保險(xiǎn)安全狀態(tài)，壓電元件即使受壓，其產(chǎn)生的電荷也通過電阻R釋放掉，不會使電雷管引爆。壓電引信2壓電傳感器應(yīng)用4.2.4彈丸發(fā)射時(shí)，引信啟爆裝置解除保險(xiǎn)狀態(tài)，開關(guān)K從a處斷開與b接通，處于工作狀態(tài)。當(dāng)彈丸與裝甲目標(biāo)接觸時(shí)，碰撞壓力使壓電元件產(chǎn)生電荷，經(jīng)過導(dǎo)線傳遞給電雷管使其啟爆，引起彈丸爆炸錐孔炸藥爆炸形成的能量使藥形罩熔化，形成高溫高流速的能量流將堅(jiān)硬的鋼甲穿透，起到摧毀的目的。

圖4-28破甲彈示意圖壓電傳感器應(yīng)用4.2.4KEKRba壓電元件4-29壓電引信工作原理圖壓電傳感器應(yīng)用4.2.4

檢測原理

檢測時(shí)傳感器用膠粘貼在玻璃上,然后通過電纜和報(bào)警電路相連。壓電傳感器把玻璃振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出。輸出電壓經(jīng)放大、帶通濾波、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。帶通濾波使玻璃振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的輸出電壓信號通過，其它頻段的信號濾除。

壓電式玻璃破碎報(bào)警器3壓電傳感器應(yīng)用4.2.4比較器作用是當(dāng)傳感器輸出信號高于設(shè)定的閾值時(shí),輸出報(bào)警信號,驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。如進(jìn)行聲光報(bào)警。放大帶通濾波執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較玻璃傳感器圖4-30壓電式玻璃破碎報(bào)警電路框圖壓電傳感器應(yīng)用4.2.4磁電式傳感器工作原理4.3.1定義

利用電磁感應(yīng)原理(發(fā)電機(jī)原理）將被測量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。變磁通的開磁路式或閉磁路的磁電式傳感器。恒磁通的動(dòng)圈式與動(dòng)鐵式磁電式傳感器。類型

法拉第電磁感應(yīng)定律：N匝線圈在磁場中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)或穿過線圈的磁通量變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E與磁通Ф的變化率關(guān)系如下感應(yīng)電動(dòng)勢與線速度或角速度成正比。（4-31）（4-32）（4-33）恒磁通磁電傳感器工作原理1磁電式傳感器工作原理4.3.1加積分電路可測位移（振幅）；加微分電路可測加速度。RCCRU0eU0e圖4-31(a)積分電路圖4-31(b)微分電路

恒磁通式磁電傳感器特點(diǎn)：磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場。氣隙不變，磁通不變。磁鐵與線圈之間相對切割磁力線運(yùn)動(dòng)。

磁電式傳感器工作原理4.3.1磁電式傳感器工作原理4.3.1開磁路和閉磁路。結(jié)構(gòu)分類測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速。應(yīng)用（1）開磁路式磁電傳感器工作原理傳感器的線圈和磁鐵部分靜止不動(dòng)，測量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）安裝在被測轉(zhuǎn)軸上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。變磁通磁電傳感器工作原理2磁電式傳感器工作原理4.3.1當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻的變化，使磁通變化，在線圈中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢，其頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積，即當(dāng)齒數(shù)Z已知，測得感應(yīng)電勢的頻率f就可以知道被測軸的轉(zhuǎn)速n。

（r/min）（4-34）（4-35）磁電式傳感器工作原理4.3.1圖4-32開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器1-轉(zhuǎn)軸2-軟鐵3-線圈4-齒輪5-永久磁鐵輸出電勢的頻率取決與磁通的變化頻率。磁電式傳感器工作原理4.3.1（2）閉磁路式磁電傳感器工作原理圖4-33磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器1-轉(zhuǎn)軸2-轉(zhuǎn)子3-永久磁鐵4-線圈5-定子磁電式傳感器工作原理4.3.1測量時(shí)，當(dāng)定子與轉(zhuǎn)子齒凸凸相對時(shí)，氣隙最小，磁阻最小，磁通最大；當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子的齒凸凹相對時(shí)，氣隙最大，磁阻最大，磁通最小。磁阻周期性變化導(dǎo)致磁通周期性地變化，在線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電動(dòng)勢信號，測得感應(yīng)電勢的頻率即可算出轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端部都均勻銑出等間距的一些齒和槽。要求工作原理（r/min）磁電式傳感器可等效成m-c-k二階機(jī)械系統(tǒng)。m圖4-34磁電傳感器等效機(jī)械系統(tǒng)磁電傳感器動(dòng)態(tài)特性3磁電式傳感器工作原理4.3.1運(yùn)動(dòng)方程為傳遞函數(shù)為頻域特性（4-36）（4-37）（4-38）磁電式傳感器工作原理4.3.1幅頻特性相頻特性確定m、c、K，構(gòu)建磁電傳感器（4-39）（4-40）由

磁電式傳感器工作原理4.3.1（1）霍爾效應(yīng)

bIdUHfEvfl圖4-35霍爾效應(yīng)原理圖B（4-41）霍爾傳感器4.3.2霍爾傳感器工作原理1（2）霍爾效應(yīng)輸出電壓表達(dá)式推導(dǎo)

洛倫茲力正負(fù)電極之間形成電勢為霍爾電勢。（4-42）（4-43）（4-44）（4-45）霍爾傳感器4.3.2T1：提高靈敏度的措施？T2：為何金屬材料不宜做霍爾元件？（4-46）（4-47）思考：霍爾傳感器4.3.2RW調(diào)節(jié)控制電流的大小。RL為負(fù)載電阻，可以是放大器的內(nèi)阻或指示器內(nèi)阻?；魻栃?yīng)建立的時(shí)間極短（10-12～10-14S），I、即可以是直流，也可以是交流。圖4-36霍爾元件基本電路霍爾元件基本電路2霍爾傳感器4.3.2產(chǎn)生誤差的原因：一是制作工藝、制作水平的限制。二是外界溫度的影響。（1）不等位電勢U0及其補(bǔ)償

B=0，I≠0，UH=U0≠0。U0為不等位電勢?，F(xiàn)象產(chǎn)生原因：①霍爾電極、激勵(lì)電極焊接問題。②材料不均勻?；魻栐`差與補(bǔ)償3霍爾傳感器4.3.2結(jié)果等效的極間電阻R1、R2、R3、R4不相等。不等位電勢補(bǔ)償方法：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻，或在兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻,使R1R3=R2R4

?；魻杺鞲衅?.3.2宏觀上使靈敏度系數(shù)KH及霍爾元件內(nèi)阻Ri變化。（2）霍爾元件溫度誤差及補(bǔ)償

當(dāng)溫度變化時(shí),霍爾元件的載流子濃度n、遷移率μ、電阻率ρ及系數(shù)KH都將發(fā)生變化,致使霍爾電動(dòng)勢變化，產(chǎn)生溫度誤差。溫度誤差產(chǎn)生原因溫度誤差影響結(jié)果（4-48）（4-49）霍爾傳感器4.3.2恒流源：B、I一定，KHt

變化，UH變化；恒壓源：B、Ui一定時(shí)，Rit變化，I變化，UH亦變化。無論何種電壓供電，霍爾輸出電勢都要變化。溫度變化時(shí)對測量結(jié)果的影響霍爾傳感器4.3.2采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻補(bǔ)償思想補(bǔ)償方法霍爾傳感器4.3.2H圖4-38并聯(lián)電阻溫度補(bǔ)償電路霍爾傳感器4.3.2溫度時(shí)溫度為t時(shí)為了使霍爾電勢不隨溫度而變化，必須保證（4-50）（4-51）（4-52）霍爾傳感器4.3.2（4-53）霍爾傳感器4.3.2（1）線性霍爾元件圖4-39線性霍爾元件電路霍爾元件的類型4外加電壓由穩(wěn)壓裝置變?yōu)楣潭妷杭拥交魻栐?dāng)外加磁場增強(qiáng)時(shí)，霍爾元件輸出隨之線性增大。霍爾傳感器4.3.2（2）開關(guān)型霍爾元件開關(guān)霍爾傳感器特點(diǎn)是當(dāng)外加磁場強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，輸出跳變到高（低）電平，當(dāng)外加磁場強(qiáng)度下降達(dá)到一定值時(shí)，輸出跳變到低（高）電平。即開關(guān)霍爾傳感器接線圖與原理圖如圖4-41。在一些諸如汽車軸等需要測量轉(zhuǎn)速裝置中有實(shí)際應(yīng)用?；魻杺鞲衅?.3.2圖4-41開關(guān)霍爾傳感器原理圖電壓基準(zhǔn)VCC滯回比較RT霍爾片RLU0BPBV321U0HR計(jì)數(shù)器RVCCC321當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BP時(shí)，霍爾元件輸出高電平，滯回比較器輸出低電平，T截止，輸出為高電平?；魻杺鞲衅?.3.2（1）霍爾式位移傳感器①霍爾元件右移,Δx>0，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B向上,B≠0，UH>0②霍爾元件左移，Δx<0，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B向下,B≠0，UH<0。圖4-42霍爾位移傳感器電路霍爾傳感器的應(yīng)用5霍爾傳感器4.3.2（2）電流傳感器

當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測?；魻杺鞲衅?.3.2（3）霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器

在電子水