06磁电式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道版·2018）

第6章 磁电式传感器 6.1 霍尔式传感器 6.2 磁电感应式传感器 6.3 磁敏元件 6.4 磁栅式传感器 6.1 霍尔式传感器 6.1.1 霍尔效应 半导体薄片，若在它的两端通过控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向上(霍尔输出端之间)将产生电动势(霍尔电动势)，这种现象称为霍尔效应。 洛伦兹力 电场力 相等时 霍尔电动势 控制电流 6.1 霍尔式传感器 6.1.2 霍尔元件 6.1 霍尔式传感器 6.1.3 典型应用 1.霍尔式电流传感器 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电 磁感应强度，与导线中电流成正比 霍尔元件的输出电压 6.1 霍尔式传感器 2.霍尔式位移传感器 当霍尔元件在均匀梯度磁场中移动时，如使控制电流保持恒定，而使霍尔元件在一个均匀的梯度磁场中沿方向移动，则霍尔电压就只取决于它在磁场中的位移量 6.1 霍尔式传感器 3.霍尔式压力传感器 6.1 霍尔式传感器 4.霍尔式转速传感器 齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。 6.1 霍尔式传感器 5.霍尔式接近开关 接近开关只能用于铁磁材料的检测. 6.1 霍尔式传感器 磁电感应式传感器电路简单、性能稳定、输出阻抗小，具有一定的频率响应范围(10~1000Hz)，适用于转速、振动、位移、扭矩等测量。 磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的原理进行工作的。 6.2 磁电感应式传感器 6.2.1 工作原理 根据电磁感应定律，线圈两端的感应电势正比于匝链线圈的磁通的变化率 若线圈在恒定磁场中作直线运动，并切割磁力线时，则线圈两端产生的感应电势 6.2 磁电感应式传感器 6.2.2 测量电路 磁电感应式传感器可以直接输出感应电动势信号，且磁电感应式传感器 通常具有较高的灵敏度，所以不需要高增益放大器。但磁电感应式传感 器只用于测量动态量，可以直接测量振动物体的线速度或旋转体的角速度。 6.2 磁电感应式传感器 6.2.3 典型应用 1.磁电感应式振动速度传感器 磁电式与压电式振动传感器相比，其输出阻抗要低得多(约几十欧至几千欧)，因此相应降低了对绝缘和放大器的要求，连接电缆的噪声干扰可以不考虑。其次，传感器的输出信号正比于振动速度的电压信号，便于直接放大指示。只要在放大器中附加适当的积分电路或微分电路，便可指示振幅或加速度。 6.2 磁电感应式传感器 2.磁电感应式扭矩传感器 由转子(包括线圈)、定子(永久磁铁)、转子齿轮和定子齿轮四部分组成。转子被固定在传感器轴上，定子被固定在传感器外壳上，转子齿轮与定子齿轮之间的齿和槽是一一对应的。 6.2 磁电感应式传感器 3.电磁流量计 磁电感应式传感器还可用于电磁流量计，用于测量具有导电性的液体介质，能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒(例如泥浆)或纤维液体的流量。 6.2 磁电感应式传感器 6.3 磁敏元件 磁敏元件是基于磁电转换原理的传感元件。磁敏元件主要有磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管等 6.3.1 磁敏电阻 将一载流导体置于外电场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随着磁场而变化，这一现象称为磁阻效应。磁阻效应和霍尔效应是同时发生的一种物理效应。磁敏电阻是利用磁阻效应制成的一种磁敏元件。 6.3.2 磁敏二极管 如果外加正向偏压，即P区接正，N区接负，那么将会有大量空穴从P区注入到I区，同时也有大量电子从N区注入到1区。未加磁场前，电子、空穴的运动如图(b)所示；如将磁敏二极管置于磁场中，则注入的电子和空穴都要受到洛伦兹力的作用而向一个方向偏转。当磁场方向使电子、空穴向面偏转时，它们将因复合而消失，因而电流很小，如图(c)所示；当磁场方向使电子、空穴向光滑面偏转时，它们的复合率变小，电流就大，如图 (d)所示。 6.3 磁敏元件 6.3.3 磁敏三极管 利用磁敏晶体管可用来检测交、直流磁场，可以作成磁场探测仪器—如高斯计、漏磁测量仪，特别适用于弱磁场的检测。 6.3 磁敏元件 6.4 磁栅式传感器 磁栅式传感器利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传感器。它是一种新型的数字式传感器，具有结构简单、录磁方便、测量范围宽(从几十毫米到数十米)、抗干扰能力强等优点，其成本低于光栅且便于安装和使用。 $$