第7章 磁学量传感器及应用（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

第7章 磁学量传感器及应用 知识目标 通过本课题的学习，要求掌握霍尔效应、磁阻效应概念，了解霍尔效应原理，熟悉集成霍尔传感器的特性，了解霍尔元件主要参数及误差补偿措施。了解磁敏二极管、三极管工作原理。 技能目标 通过本课题的学习，要求掌握霍尔元件的连接方式，熟悉不等位电势的补偿方法，能分析由霍尔式传感器组成检测系统的工作原理，灵活应用霍尔式传感器对磁场、位移、压力等物理量的测量。熟悉磁敏二极管、磁敏三极管温度补偿措施。 7.1 霍尔式磁学量传感器 7.1.1 霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直与薄片）中，如图7-2所示，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH,这种物理现象成为霍尔效应。该电势UH称霍尔电势。 霍尔电势 = = 如果磁场与薄片法线夹角为 那么 = cos 7.1.2 霍尔元件和测量电路 1.霍尔元件 2.霍尔元件的测量电路 ⑴基本测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图7-4所示。激励电流由电压源E供给，其大小由可变电阻来调节。 图7-4 基本测量电路 图7-5 霍尔元件的输出电路 7.1.3 霍尔元件主要特性参数 ⑴乘积灵敏度KH ⑵额定激励电流IN和最大允许激励电流Imax ⑶输入电阻Ri、输出电阻R0 ⑷不等位电势U0和不等位电阻R0 ⑸寄生直流电势UOD ⑹霍尔电势温度系数α 7.1.4霍尔元件的误差补偿 1.不等位电势的补偿 2. 温度补偿 ⑴恒流源供电，输入端并联电阻 ，或恒压源供电，输入端串联电阻 ⑵合理选择负载电阻 霍尔电势的负载通常是放大器、显示器或记录仪的输入电阻，其值一定，可用串、并联电阻的方法使输出负载电压不变，但此时，灵敏度将相应有所降低。 ⑶ 采用热敏元件 7.1.5 集成霍尔传感器 1．.线性集成霍尔传感器 图7-10 线性集成霍尔传感器 2 开关集成霍尔传感器 7.1.6 霍尔传感器的应用 归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途： ①当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。 ②当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。在这方面的应用有乘法器、功率计以及除法、倒数、开方等运算器，此外，也可用于混频、调制、解调等环节中，但由于霍尔元件变换频率低，温度影响较显著等缺点，在这方面的应用受到一定的限制，这有待于元件的材料、工艺等方面的改进或电路上的补偿措施。 ③若保持磁感应强度恒定不变，则利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，可以组成回转器、隔离器和环行器等控制装置。 1. YSH-1型霍尔压力变送器 2．霍尔加速度传感器 图7-13 霍尔加速度传感器 3．无触点开关 图7-14 集成霍尔传感器构成的按钮 4．霍尔计数装置 图7-15 霍尔速度传感器的内部结构 图7-16 几种霍尔式转速传感器的结构 5．霍尔式转速传感器 7.2 其它磁敏传感器及应用 7.2.1.磁敏电阻器 1.磁阻效应 磁阻效应将一个载流导体位于外磁场中，除了会产生霍尔效应以外，其电阻值也会随着磁场而变化，这种现象称为磁电阻效应，简称为磁阻效应．磁阻效应是伴随者霍尔效应同时发生的一种物理效应，磁敏电阻就是利用磁阻效应制作成的一种磁敏元件 2.磁敏电阻的结构 图7-17常见磁敏电阻结构 3.磁敏电阻的应用 图7-18 InSb磁敏电阻无触点开关 图7-19 InSb磁敏无接触角度传感器 7.2.2 磁敏二极管 1.磁敏二极管结构 图7-20磁敏二极管的结构示意 图7-21 磁敏二极管的原理示意图 图和电路符号 2.磁敏二极管工作原理 3.温度补偿和提高磁灵敏度的措施 ⑴互补式电路 ⑵差分式电路 (3）热敏电阻补偿 7.2.3 磁敏三极管 1.磁敏三极管的结构 图7-23 磁敏三极管的结构示意图几电路符号 2.磁敏三极管工作原理 图7-24 磁敏三极管工作原理 3.磁敏三极管的温度补偿和提高灵敏度的措施 图7-25 磁敏三极管的温度补偿方法 双集电极磁敏三极管 7.2.4 磁敏二极管和磁敏三极管的应用 1.无触点开关 2.无刷直流电机 3.测量电流 图7-27无触点开关电路 图7-28 无刷直流电机 图7-29磁敏二极管测量 原理图 工作原理图