NO1开关量检测电子课件 传感器与检测技术(第2版） 中职 高三 工信版

工业中大量出现使用开关量检测的情况，如检查工件有无、物体移动是否到位等，这些信号均可以认为是开关量。事实上，工业中很多控制并不是复杂的模拟量或者数字量信号，而是简单的开关量，指示工作系统如何进行运转。 开关量检测 项目一 目录 通过对接近开关电路的分析与制作，理解和掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性和使用方法，并能识别接近开关的基本参数，能使用简单的工具判断接近开关工作是否正常。 任务一　认识接近开关 知识目标 项目一 目录 通过试验光电型接近开关的检测和通断特性，了解接近开关的使用方法。 技能目标 任务一　认识接近开关 项目一 目录 接近开关又称为无触点行程开关，它的任务是检查特定环境下的特定工件有无状态，输入信号一般为工件与传感器之间的距离，输出信号一般为电压。 知识链接 任务一　认识接近开关 项目一 目录 霍尔效应型接近开关是将检测磁性物体的霍尔效应元器件集成至一个传感器继电器中。霍尔效应型接近开关只能检测磁性物体。霍尔效应型接近开关具有无触点、无磨损、无火花、低功耗、寿命长、灵敏度高、工作频率高等特点，能在各种恶劣环境下可靠稳定地工作。 任务一　认识接近开关 一、霍尔效应型接近开关 项目一 目录 1.霍尔效应 霍尔效应（Hall Effects，1879）：运动电荷在磁场作用下受到洛伦茨力，如图把N型半导体薄片放在垂直磁场中并沿ab方向通电，在cd方向上产生电场，其电动势大小为： Vh=KhiBsinα 任务一　认识接近开关 项目一 目录 任务一　认识接近开关 霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的乘积。若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其中N 型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能和线性度都较好。N 型硅的线性度最好，其霍尔系数、温度性能同N 型锗。锑化铟对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小，温度系数也较小，输出特性线性度好。 项目一 目录 2.霍尔元件 霍尔元件是根据霍尔效应，使用半导体材料制成的元件。一般具有对磁场敏感、结构简单、输出电压变化较大及寿命长等优点。其可分为线性霍尔元件和开关型霍尔元件两种。线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，输出为模拟量；开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器和施密特触发器等组成，输出为开关量。 任务一　认识接近开关 项目一 目录 任务一　认识接近开关 霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线：1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极(或控制电极)；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装的。在电路中，霍尔元件一般可用两种符号表示。 项目一 目录 任务一　认识接近开关 霍尔元件 项目一 目录 任务一　认识接近开关 通常，霍尔电势的转换效率比较低，为了获得更大的霍尔电势输出，可以将若干个霍尔元件串联起来使用。而在霍尔元件输出信号不够大的情况下，可以采用运算放大器对霍尔电势进行放大，如图所示。当然，最好还是采用集成霍尔传感器。 霍尔电动势的放大 项目一 目录 任务一　认识接近开关 3.霍尔元件的性能参数 1) 额定激励电流 使霍尔元件温升10℃时所施加的激励电流称为额定激励电流。以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而线性增加，所以使用中希望选用尽可能大的激励电流以获得较高的霍尔电势输出，但是由于受到最大允许温升的限制，可以通过改善霍尔元件的散热条件，使激励电流增加。 项目一 目录 任务一　认识接近开关 2) 灵敏度KH 霍尔元件在单位磁感应强度和单位激励电流作用下的空载霍尔电势值，称为霍尔元件的灵敏度。 项目一 目录 任务一　认识接近开关 3) 输入电阻和输出电阻 霍尔元件激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时所确定的。 项目一 目录 任务一　认识接近开关 5) 寄生直流电动势 在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称为寄生直流电势。 产生寄生直流电势的原因有：① 激励电极与霍尔电极接触不良，形成非欧姆接触，造成整流效果；② 两个霍尔电极大小不对称，则两个电极点的热容不同，散热状态不同而形成极间温差