磁电感应式传感器的测量电路

2、霍尔元件的工作原理
FL eB
e U H eB
b
FE
eEH
eUH b
U H bB
I dQ bdn e
dt
UH


IB ned
UH

IB ped
3、霍尔系数及灵敏度
N型霍尔系数
RH


1 ne
P型霍尔系数
RH

1 pe
IB U H RH d
霍尔系数由半导体材料性质决定，且决定霍尔电势的强弱。
7、寄生直流电势 ：在外加磁场为零、霍尔元件用交 流激励时，霍尔电极输出除了交流不平衡电势外，还 有一直流电势，称为寄生直流电势。
其产生的原因有： 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， 散热状态不同而形成极间温差电势。 寄生直流电势一般在1mV以下，它是影响霍尔片 温漂的原因之一。
v
N
N
壳体
壳体
线 圈线 圈
永 久 永磁 久铁
S
S
弹 簧弹 簧
(a)
恒定磁通动圈(a)式磁电传感器
(b)
恒定磁通动铁(b式) 磁电传感器
二、 磁电感应式传感器基本特性
Io 传
E
Io
E R Rf

BolNv R Rf
感 器R
Rf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
传感器的电流灵敏度为
霍尔器件符号
C A
D
B
C
C
A
BA
B
H
D
D
二、霍尔元件的主要技术参数
1、额定功耗P0: 霍尔元件在环境温度T=250C时，允许 通过霍尔元件的电流和电压的乘积。 2、 输入电阻和输出电阻
Ri：激励电极间的电阻值。 Ro：霍尔元件电极间的电阻。 3、不等位电势U0：在额定控制电流I下，不加磁场时， 霍尔电极间的空载霍尔电势。
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。
4、霍尔电势温度系数：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称为霍 尔电势温度系数。
5、内阻温度系数：霍尔元件在无磁场及工作温度范围 内，温度每变化1℃时，输入电阻与输出电阻变化的百 分率。
下，由负载上获得电
压。
实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出 可以正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。
2、霍尔电势输出电路
（1） 开关应用
+15V
R1
H
+
R2
－
R3 R4
-15V
1 VCC 稳压
霍耳元件
放大
整形
输出 3
H
+
BT
－
地
2
霍尔开关集成传感器内部结构框图
（2）线性应用
霍尔元件灵敏度（KH）：单位磁感应强度和单位控制 电流作用时，所能输出的霍尔电势的大小。
设 KH=RH / d
UH＝ KH I B
讨论：为什么只能用半导体材料作霍尔元件。
N型材料电阻率 1 ne
P型材料电阻率

1
pe
UH


IB d
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率μ 的乘积。 若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数 RH，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁 移率。 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， 故只有半导体材料才适于制造霍尔片。
6、 额定激励电流和最大允许激励电流：当霍尔元件 自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。 以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最 大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而线性 增加，所以使用中希望选用尽可能大的激励电流，因 而需要知道元件的最大允许激励电流。改善霍尔元件 的散热条件，可以使激励电流增加。
r1 A
r3
C
r2
r4
D
B
RP
RP
RP
RP
R RP
(b)
(a) (d()c)
R (d
前置放大 积分电路
SW
显示 主放大器 或
记录
四、磁电感应式传感器的应用 动圈式振动速度传感器
8 76 5 4 3
3
1、芯轴
2、外壳
2
3、弹簧片 4、铝支架
5、永久磁铁
6、线圈
7、阻尼环
Байду номын сангаас
1 8、引线
第二节 霍尔传感器
一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理
1、霍尔效应
在半导体薄片中通以电流I,在与薄片垂直方向加磁 场B，则在半导体薄片的另外两端，产生一个大小与控制 电流I和B乘积成正比的电动势，这种现象称为霍尔效应。
+15V
Rf
R1
H
+
R2 －
R3 R4
-15V
1 VCC 稳压
霍耳元件
放大
H
+
－
集成线性传感器的电路结构框图
输出 3
地 2
四、霍尔元件的测量误差补偿方法 1、零位误差及补偿方法
零位误差：霍尔元件在加控制电流但不加外磁场 时出现的霍尔电势。主要为不等位电势。
A
I
C
D
B
分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥， 用分析电桥平衡来补偿不等位电势。
第八章 磁电式传感器
第一节 磁电感应式传感器 第二节 霍尔传感器 第三节 磁敏传感器
第一节 磁电感应式传感器
一、 磁电感应式传感器工作原理
导体在稳恒均匀磁场中运动 e d Bl dx Blv
dt
dt
式中: B——稳恒均匀磁场的磁感应强度； l—— v——导体相对磁场的运动速度。
N匝线圈处于变化的磁场中 e N d
SI

Io v

BolN R Rf
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
Uo
IoRf

BolWv Rf R Rf
SU
Uo v

BolWR f R Rf
相对误差为
dSI dB dl dR
SI B l R
三、磁电感应式传感器的测量电路
微分电路
磁电式 传感器
量程选择
dt
两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。
NS
开磁路变磁通式：这种传感器结构简单，但输出信号 较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转 速的场合。
A A 闭磁路变磁通式：感应电势的频率与被测转速成正比。
弹簧
簧
v 极掌 线圈
v 极掌 线圈
磁轭 磁轭
补 偿 线 圈补 偿 线 圈
N
N
S
S
v
常 用 国 产 霍 尔 元 件 的 技 术 参 数
三、霍尔元件测量电路和输出电路
1、基本测量电路
IH
I
B
RL
R E
图中控制电流I由电源E
供给,R为调节电阻,保
证器件内所需控制电
流I。霍尔输出端接负
载 UH 或
RL,RL可是一般电阻 放大器的输入电阻、
或表头内阻等。磁场B
垂直通过霍尔器件,在
磁场与控制电流作用