第7章 磁电式传感器

第7章 磁电式传感器
将式（7 -13）代入式（7 - 12）得 EH = UH =
将上式代入式（7 - 10）EH =
IB ned
IB nebd
（7 -14）
UH b
得
（7 -15）
令R H = 1/ne ----霍尔常数, 大小取决于导体载流子密 度，则霍尔电势可用下式表示: IB K H IB UH = RH （7 - 16） d 式中：K H ——霍尔片的灵敏度，K H = R H / d ；
UH b
（7 - 9） v——电子运动平均速度;
（7 - 10） （7 - 11）
霍尔电场的作用力, f E = e E H
则
EH=vB
（7 - 12）
设:金属导电板单位体积内电子数为n, 电子定向运动平均速度为v, 则: 激励电流 I = n e v b d , 则 I v= （7 - 13） bdne
DM6200系列振动速度传感器
第7章 磁电式传感器
1HZ地脉动测试传感器
EG-1地脉动检波器是把地震信号转换为电信号的一种 动圈式速度型传感器。该检波器具有灵敏度高，一致 性好，结构牢靠，密封防水性好等特点，可用于天然 地震检测和建筑工程地脉动测试等方面的低频测振。
第7章 磁电式传感器
NE360300磁电式速度传感器
(7 - 6)
SU
U 0 B0lWR f v R Rf
(7 - 7)
当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、 机
械振动或冲击时, 其灵敏度将发生变化而产生测量误差。 相 对误差为
dsI dB dL dR sI B L R
(7 - 8)
第7章 磁电式传感器
1. 非线性误差 产生原因： 线圈内电流I→交变磁通ΦI→
第7章 磁电式传感器
2．恒磁通式磁电传感器
组成:永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等。
第7章 磁电式传感器
磁铁与线圈的相对运动切割磁力线, 从而产生感应电势为
e = - B0 l W v 式中: B0 ——工作气隙磁感应强度; l——每匝线圈平均长度; W——线圈在工作气隙磁场中的匝数; v——相对运动速度。 二、 磁电感应式传感器基本特性 测量电路接入磁电传感器电路中, 磁电传感器的输出电流Io为 (7 - 3)
工作磁 通增加 γ恒定
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三、磁电式传感器测量电路
测量图如下图所示：
当S在“1”时，经过一微分电路，可测加速度。 当S在“2”时，经过一积分电路，可测位移。
当S在“3”时，传感器输出信号直接送主放大器，可测速度。
第7章 磁电式传感器
四、 磁电感应式传感器的应用
1.
第7章 磁电式传感器
磁电式转速传感器 CS-CCT-01 该磁电式转速传感器常用于发动机速度测 量，当齿轮旋转时，通过传感器线圈的磁力线 发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压， 通过对该电压处理计数，测出齿轮的转速。
特点： 可检测齿轮、曲轴、轮辐、等转动且有缝隙 的表面 输出信号强 抗干扰性能力强 无需供电 无需控制装置提供任何激励电路 安装使用方便 可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1磁电感应式传感器
7.2霍尔式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
磁电式传感器: 通过磁电作用将被测量转换成 电信号的一种传感器。 主要类型: 磁电感应式传感器 霍尔式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称磁电式传感器。 传感机理：利用电磁感应原理将被测量（如振动、位 移、转速等）转换成电信号。它不需要辅助 电源，是一种有源传感器。
dsI dB dL dR sI B L R
补偿方法： 采用热磁分流器 T正常时，分路掉一小部分工作磁通 T↑时，分路掉的磁通显著降低
铜线:dl/l≈0.167×10-4, dR/R≈0.43×10-2 dB/B≈-0.02×10-2 γt ≈(-4.5%)/10 ℃
由具有很大负温度系数的 特殊磁性材料做成
Φ -ΦI— — Φ +ΦI— —
附加磁通 削弱工作 磁通 附加磁通 增强工作 磁通
导致非线性误差
补偿方法:传感器中加入参数适当的补偿线圈（如 图7-2所示） →产生交变磁通Φ2 → Φ2 与Φ1相抵消
第7章 磁电式传感器
2、温度误差
γ为一 负值
原因：T变化→灵敏度γ变化→测量误差 ∵T变化时，dB/B、 dl/l、 dR/R均不为 0。
第7章 磁电式传感器
输出电压的变化： 输出电压随转速增加而增加， 输出电压随气隙增大而减小， 输出电压波形取决于齿轮相对
于敏感头的尺寸和形状。
主要参数： 检测距离（敏感头和齿轮之间垂直距离范围）：0.25～ 1.02mm 工作温度：-10～+125℃ 齿直径：≤0.51mm 直流电阻：200±15Ω(25℃) 测速范围：70～99999转/分 输出电压：1～30V正弦波信号 输出阻抗 200Ω 输出频率：HZ=齿轮数量*齿转速/60 抗振动：20g
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2. 磁电式扭矩传感器
第7章 磁电式传感器
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7.2 霍尔式传感器
霍尔传感器:基于霍尔效应的一种传感器。
用途:用于电磁测量、压力、加速度、振动等方 面的测量。
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一、 1. 霍尔效应
半导体薄片置于磁场中，当在其两端通以电流时， 在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现 象称为霍尔效应。 相应的电动势被称为霍尔电动势 半导体薄片被称为霍尔片或霍尔元件
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6）灵敏度KH 灵敏度：在单位磁感应强度下，通以单位控制电流所产
生的霍尔电压。
7）电阻温度系数β β为温度每变化1℃霍尔元件材料的电阻变化的百分率。 8）灵敏度系数γ γ为温度每变化1℃霍尔元件灵敏度变化率。
NE6100磁电式转速传感器
NE360400磁电式速度传感器
NE360100磁电式速度传感器
NE360200磁电式速度传感器
NE3600 系列磁电式速度传感器
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NE6100磁电式转速传感器 磁电式转速传感器又称为变磁阻式或变气隙式传感器 名称:NE6100磁电式转速传感器 ★磁电式转速传感器是高性价比、用途广泛的常用转速传感器。 NE360300磁电式速度传感器 名称:NE3600系列磁电式速度传感器 兼容EPRO公司PR9266 频率响应：NE360300：10~1000Hz(-3db) 灵敏度：NE360300：30mv/mm/s，峰值±3% 线性度：2% 横向灵敏度：±4%最大 最大振幅：NE360300：1000um（峰峰值） 工作与储存温度：-20℃~+120℃。 NE360400磁电式速度传感器 名称:NE3600系列磁电式速度传感器 ★兼容EPRO公司 PR9268 频率响应：NE360400：4~1000Hz(-3db)。 灵敏度：NE360400：28.5mv/mm/s，峰值±5%。 线性度：2%。 横向灵敏度：±4%最大 最大振幅： NE360400：3000um（峰峰值） 工作与储存温度：-20℃~+120℃。
B0lWv E Io = R Rf R Rf
（7 - 4）
式中: R f——测量电路输入电阻;
R—— 线圈等效电阻。
第7章 磁电式传感器
传感器的电流灵敏度为
SI=
传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
B0lW I v R Rf
(7 - 5)
U0 I0 R f
B0lWvR f R Rf
输出电阻R 0 ：霍尔电压极间电阻。
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3） 不等位电势U 0和不等位电阻r0
不等位电动势：霍尔元件在额定控制电流作用下，不加
外磁场时，其霍尔电压电极间的电动势。 产生不等位电势的原因有: ① 霍尔电极安装位置不对称或不在 同一等电位面上；
② 半导体材料不均匀造成了电阻率
不均匀或是几何尺寸不均匀； ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。 不等位电阻r0：不等位电动势与额定控制电流之比。 r 0 = U0 / I
第7章 磁电式传感器
霍尔效应演示
d
a b c
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑 兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、 d方向的端面之间建立起霍尔电势。
第7章 磁电式传感器
电磁力(洛仑磁力)fL大小为 fL = e B v 式中: e——电子电荷; 霍尔电场EH强度为 EH = e E H= e v B B——磁场的磁感应强度。
第7章 磁电式传感器
4）
在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在
霍尔电极间产生的直流电动势。 产生的原因有: 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,
散热状态不同形成极向温差电势。 5） 霍尔电势温度系数α 在一定磁感应强度和激励电流下, 温度每变化1℃时, 霍尔电势变化的百分率。它也是霍尔系数的温度系数。
R H ——霍尔常数(霍尔系数)； I——控制电流；
B ——磁感应强度；
d——霍尔元件厚度。
第7章 磁电式传感器
结论：
RH IB UH d
①霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵 敏度与霍尔系数RH成正比而与霍尔片的厚度d成反比， 为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。 ②霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率 的乘积。而半导体材料（尤其是N型半导体材料）的电 阻率大，载流子迁移率高，因而可以获得很大的霍尔 系数，适合制造霍尔元件。
一、 磁电感应式传感器工作原理 线圈内的感应电势e与磁通变化率dφ/dt之间关系: d e W dt 磁阻式 磁电传感器结构: 变磁通式ห้องสมุดไป่ตู้恒磁通式。