项目五 任务1 霍尔测速（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

CONTENTS 项目五 位移的检测 任务1 霍尔传感器用于电机转速的检测 1 CONTENTS 目标要求 1、了解霍尔传感器结构 2、掌握霍尔传感器工作原理 3、能运用霍尔传感器的进行测量 2 在各种车辆、机械设备运行中，需要对转速进行测量，对于小型直流电动机转速的检测一般采用霍尔传感器来进行。 想一想：如何实现？ 任务描述 3 二、任务分析 转速 信号 检测 显示 环节 思考：各环节需要什么器件？ 转速 信号 处理 4 三、知识链接 1、霍尔传感器 霍尔传感器是根据霍尔效应制成的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机理时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀 5 三、知识链接 1、霍尔效应 导体或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 磁场与薄片法线夹角为 将N型半导体材料长、宽、厚分别为l、ｂ和ｄ。导电的载流子是电子。若同一电流I，电子将受到一个沿ｙ轴负方向力的作用，这个力就是洛仑兹力。洛仑兹力用F表示，大小为： F=qBv 6 用左手定则判断洛伦兹力方向的方法： 　　将左手掌摊平，让磁力线穿过手掌心，四指表示电荷运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛仑兹力的方向。但须注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛仑兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，那么大拇指的指向为洛仑兹力的反方向。 1将N型半导体材料长、宽、厚分别为l、ｂ和ｄ。导电的载流子是电子。若同一电流I，电子将受到一个沿ｙ轴负方向力的作用，这个力就是洛仑兹力,在洛仑兹力的作用下，电子向一侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，另一侧则形成正电荷的积累。这样在上下两端面因电荷积累而建立了一个电场ＥH，称为霍尔电场。 7 霍尔元件的材料和结构 材料：N型锗、锑化铟或砷化铟 结构：霍尔片、四根引线和壳体 1、1′两根引线加激励电压或电流，通常用红色导线，称为激励电极；2、2′引线，通常用绿色导线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 8 2、霍尔元件的连接电路 在实际使用时，I或B或两者同时作为信号输入，而输出信 号则正比与I或B或两者乘积。 9 注意：当控制电流为直流输入时，为了得到较大的霍尔输出，可将几块霍尔元件的输出串联。但控制电流必须并联，不能串联。因为串联起来将有大部分控制电流被相连的霍尔电势极短接。 10 11 3、霍尔传感器 霍尔集成传感器将霍尔元件、放大器、施密特触发器以及输出电路等集成在一块芯片上，为用户提供了一种简化的和较完善的磁敏传感器。 霍尔集成传感器分为线性集成电路和开关集成电路。 12 1）线性集成传感器 线性霍尔集成传感器的特点是输出电压与外加磁感应强度B呈线性关系 . 由霍尔元件HG、放大器A等组成 13 线性型霍尔特性 右图示出了线性霍尔器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向时， 输出为正；磁场反向时，输出为负。 请画出线性范围 1T=104Gs 14 2）开关集成传感器 开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。 15 回差越大，抗振动干扰能力就越强。 当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？ 16 4、霍尔传感器的应用 1）霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件 测量铁心 气隙的B值 17 2) 霍尔高斯计（特斯拉计）的使用