第 ４ 章 　转 速 传 感 器（课件）- 《传传感器与检测技术》同步教学（北京理工版）

第 ４ 章 　转 速 传 感 器 ４.１　霍 尔 式 传 感 器 ４.２　光 电 式 传 感 器 ４.３　电 涡 流 式 传 感 器 ４.４　磁 电 式 传 感 器 返回 1 ４.１　霍 尔 式 传 感 器 基 于 霍 尔 效 应 制 成 的 传 感 器 称 为 霍 尔 式 传 感 器 。 霍 尔 效 应 是 １８７９ 年 美 国 物 理 学 家 爱 德文 · 霍 尔 在 金 属 材 料 中 发 现 的 ， 有 人 曾 想 利 用 霍 尔 效 应 制 成 测 量 磁 场 的 磁 传 感 器 ， 但 终 因 金属 的 霍 尔 效 应 太 弱 而 没 有 得 到 应 用 。 随 着 半 导 体 材 料 和 制 作 工 艺 的 发 展 ， 人 们 又 利 用 半 导 体材 料 制 成 霍 尔 元 件 ， 由 于 其 霍 尔 效 应 显 著 而 得 到 使 用 和 发 展 ， 广 泛 用 于 非 电 量 测 量 、 自 动 控制 、 电 磁 测 量 和 计 算 装 置 等 方 面 。 下一页 返回 ４.１　霍 尔 式 传 感 器 ４.１.１　霍 尔 式 传 感 器 的 工 作 原 理 １.霍 尔 效 应 霍 尔 式 转 速 传 感 器 的 主 要 工 作 原 理 是 霍 尔 效 应 ， 也 就 是 当 转 动 的 金 属 部 件 通 过 霍 尔 传 感器 的 磁 场 时 会 引 起 电 势 的 变 化 ， 通 过 对 电 势 的 测 量 就 可 以 得 到 被 测 量 对 象 的 转 速 值 。 如 图４ －１所 示 ， 在 一 块 通 电 的 半 导 体 薄 片 上 ， 加 上 和 薄 片 表 面 垂 直 的磁 场 Ｂ， 在 薄 片 的 横 向 两 侧 会 出 现 一 个 电 势 Ｖ Ｈ ， 这 种 现 象 就 是 霍尔 效 应 ， Ｖ Ｈ 称 为 霍 尔 电 势 。 上一页 下一页 返回 ４.１　霍 尔 式 传 感 器 ２.霍 尔 元 件 图 ４ －２ 所 示 为 霍 尔 元 件 ， 其 结 构 简 单 ， 如 图 ４ －２ （ ｂ） 所 示 ， 从 一 个 矩 形 薄 片 状 的 半导 体 基 片 上 的 两 个 相 互 垂 直 方 向 的 侧 面 上 ， 各 引 出 一 对 电 极 。 按 照 霍 尔 器 件 的 功 能 可 将 它 们分 为 霍 尔 线 性 器 件 和 霍 尔 开 关 器 件 。 前 者 输 出 模 拟 量 ， 后 者 输 出 数 字 量 。 霍 尔 器 件 具 有 许 多 优 点 ， 它 们 的 结 构 牢 固 ， 体 积 小 ， 质 量 小 ， 寿 命 长 ， 安 装 方 便 ， 功 耗小 ， 频 率 高 （ 可 达 １ ＭＨｚ） ， 耐 震 动 ， 不 怕 灰 尘 、 油 污 、 水 汽 及 盐 雾 等 的 污 染 或 腐 蚀 。 上一页 下一页 返回 ４.１　霍 尔 式 传 感 器 ３.测 量 电 路 霍 尔 元 件 的 基 本 测 量 电 路 如 图 ４ － ３ 所 示 ， 激 励 电流 Ｉ 由 电 压 源 Ｅ 供 给 ， 其 大 小 由 可 变 电 阻 Ｒ 来 调 节 。 霍尔 电 势 Ｖ Ｈ 加 在 负 载 电 阻 Ｒ Ｌ 上 ， Ｒ Ｌ 可 以 是 一 般 电 阻 ，也 可 以 代 表 显 示 仪 表 、 记 录 装 置 或 者 放 大 器 的 输 入电 阻 。 在 磁 场 与 控 制 电 流 的 作 用 下 ， 负 载 上 就 有 电 压 输出 。 在 实 际 使 用 时 ， Ｉ 或 Ｂ 或 两 者 同 时 作 为 信 号 输 入 ，而 输 出 信 号 则 正 比 于 Ｉ 或 Ｂ 或 两 者 乘 积 。 ４.集 成 霍 尔 元 件 随 着 微 电 子 技 术 的 发 展 ， 目 前 霍 尔 器 件 多 数 已 集 成 化 。 集 成 霍 尔 元 件 有 许 多 优 点 ， 如 体积 小 、 灵 敏 度 高 、 输 出 幅 度 大 、 温 漂 小 、 对 电 流 稳 定 性 要 求 低 等 。 上一页 下一页 返回 ４.１　霍 尔 式 传 感 器 ４.１.２　霍 尔 式 传 感 器 的 应 用 霍 尔 式 传 感 器 主 要 有 下 列 三 个 方 面 的 应 用 ： １） 利 用 霍 尔 电 势 正 比 于 磁 感 应 强 度 的 特 性 来 测 量 磁 场 及 与 之 有 关 的 电 量 和 非 电 量 。 如磁 场 计 、 方 位 计 、 电 流 计 、 微 小 位 移 计 、 角 度 计 、 转 速 计 、 加 速 度 计 、 函 数 发 生 器 、 同 步 传动 装 置 、 无 刷 直 流 电 机 、 非 接 触 开 关 等 。 ２） 利 用 霍 尔 电 势 正 比 于 激 励