第六章磁电式传感器共29页文档

时输出霍尔电压大小的重要参数。
③霍尔元件的灵敏度KH与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成 反比。所以，为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。
④当控制电流方向或磁场方向改变时，输出电动势方向也将改变。
2．霍尔参数
一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小； 而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低。 故只有半导体材料适于制造霍尔片。
第六章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍尔式传感器
第一节 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器有时又简称为磁电传感 器，是利用电磁感应原理将被测量（如振 动、位移、转速等）转换成电信号的一种 传感器。
它不需要辅助电源就能把被测对象的机械 量转换成易于测量的电信号，是有源传感 器。
1—限幅器； 2—壳体； 3—弹簧片； 4—芯轴； 5—磁钢； 6—线圈； 7—阻尼环； 8—输出线
该传感器测量的是振动速度参数，若在测量电路中接入积 分电路，则输出电势与位移成正比；若在测量电路中接入 微分电路，则其输出与加速度成正比。
3．磁电式扭矩传感器
传感器的检测元件部分由永久磁场、感应线圈和铁芯组成。 永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆盘旋转 时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生 变化，在线圈中感应出交流电压，其频率等于圆盘上齿数 与转数乘积。
线圈两端的感应电动势e为：
当θ＝90°时，上式可写成：
EWB siL n EWBL
（2）线圈在恒定磁场中作旋转运动
线圈两端的感应电动势为： EWB sS in
当γ＝90°时，上式可写成： EWBS
ω—旋转运动角速度；S—线圈的截面积； γ—线圈平面的法线方向与磁场方向间的夹角。
由于速度和位移、加速度之间是积分、微分的关系，因此 只要适当加人积分、微分电路，便能通过测量感应电动势 得到位移和加速度。
一、霍尔效应及其参数
1．霍尔效应 在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂
直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差， 这种现象称为霍耳效应。
FL的方向在图中是向上 的，此时电子除了沿电 流反方向作定向运动外， 还在FL的作用下向上漂 移，结果使导电体上底 面积累电子，而下底面 积累正电荷，从而形成 了附加内电场EH，此内 电场称为霍尔电场
第二节 霍尔式传感器
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料 中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍 尔效应太弱而没有得到应用。
随着半导体技术的发展，开始用半导体材 料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著 而得到应用和发展。
霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加 速度、振动等方面的测量。
二、磁电感应式传感器的结构
1．变磁通式磁电传感器 这类磁电式传感器中，产生磁场的永久磁铁和线圈都固定
不动，而是通过磁通的变化产生感应电动势。
变磁通式磁电传感器
2．恒磁通式磁电传感器
工作气隙中的磁通保持不变，而线圈中的感应电动势是由于工 作气隙中的线圈与磁钢之间作相对运动，线圈切割磁力线产生 的。其值与相对运动速度成正比。
（a）霍耳效应； （b）霍耳元件结构； （c）图形符号； （d）外形 图6-7 霍耳效应与霍耳元件
霍尔电压
UHUnIB edRHIdB KHIB
RH为霍尔常数
RH
1 ne
KH称为霍尔片的灵敏度
KH
RH d
霍尔常数 的意义: ①霍尔电势UH的大小正比于激励电流I和磁感应强度B的乘积。 ②霍尔元件的灵敏度KH是表征在单位磁感应强度和单位控制电流
由于它输出功率大且性能稳定，具有一定 的工作带宽（10～1000Hz），所以得到普 遍应用。
一、磁电感应式传感器工作原理
1．电磁感应定律 根据电磁感应定律：无论任何原因是通过回路面积的磁通量
发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变 化率的负值成正比。
2．电磁感应定律的应用 （1）线圈在恒定磁场中作直线运动
（2）磁电式转速传感器
国产SZMB-3型磁电式转速传感器使用时，该传感器通过 联轴节与被测轴连接，当转轴旋转时将角位移转换成电脉 冲信号，供二次仪表使用。该传感器每转输出60个脉冲， 输出信号幅值大于或等于300mV(50r／rain时)，测速范围 为50～5000r／min。
国产SZMB-5型磁电式转速传感器使用时，该传感器输出 信号的波形为近似正弦波，幅值与SZMB—3型相同。工作 时，信号幅值大小与转速成正比，与铁心和齿顶间隙的大 小成反比。被测齿轮的模数m=2，齿数z＝60，传感器铁 心和被测齿顶间隙δ=0.5mm，测量范围为50～5000r／ min。
（1）电流输出特性
①磁电传感器的输出电流Io为：I0
E RR1
B0LW
RRf
②传感器的电流灵敏度为：
（2）电压输出特性 ①传感器的输出电压为：
SI
I V
B0LW R Rf
U0 I0Rf
B0LwvfR RRf
②传感器的电压灵敏度为：
SU
U0 B0LwRf v RRf
2．磁电感应式传感器的测量电路
由永久磁铁、线圈、弹簧、
（a）动圈式；
（b）动铁式
恒磁通式磁电传感器结构
统产生恒定的直流磁场，磁 路中的工作气隙固定不变， 因而气隙中磁通也是恒定不 变的。其运动部件可以是线 圈（动圈式），也可以是磁 铁（动铁式），动圈式和动 铁式的工作原理是完全相同 的。
三、磁电感应式传感器的特性
1．磁电式传感器的基本特性
磁电式传感器测量电路方框图
四、磁电感应式传感器的应用
1．磁电式转速传感器 （1）磁电式转速传感器的结构 根据磁路形式，可分为开磁路式和闭磁路式。 根据形成磁场的方式，分为永磁型和励磁型两种
结构类型 根据极靴的结构形式又可分为单极型、双极型和
齿型三种结构类型。 根据安装形式，又可分为分离式和整体式。
（3）磁电式转速传感器的计算
若设齿轮பைடு நூலகம்数为z，转速为n（r／min），则有：
T 60
f zn
zn 或： 60
T—感应电动势周期；f—感应电动势频率。
表明，传感器输出电动势的频率与被测转速成正比。因此， 只要将该电动势放大整形成矩形波信号，送到计数器或频 率计中，即可由频率测出转速。
2．动圈式振动速度传感器