磁电式传感器课件

磁场梯度越均匀，输出线性越好
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2. 磁感应强度测量仪
10k RP1
RP 2 20
A
100uA
R1 R2
47 47
C1 8 7 6 5
1000 p
SL3501M 1 34
S
SL3501M ： 霍尔线性集成传感器
RP1 ：调整表头量程 RP2 ：调零 C1 ：低通滤波 测量上限：0.3 T
W1 的作用
22
（三）集成霍尔传感器
霍尔元件
测量线路
集成霍尔传感器
集成霍尔传感器具有体积小、重量轻、 功耗低、可靠性高等优点。
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1. 开关型集成霍尔传感器
开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输 出经过处理后输出一个高电平或低电平的数 字信号。（开关信号）
1 Vcc
霍尔元件 放大
稳压
B
b
FL
v
FE
d
I
UH
l
洛仑兹力 电场力 动态平衡
FL evB
FE eEH e UH b
FL FE
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UH vbB
10
B
b
FL
v
FE
l
d
I
UH
动态平衡 电流
UH vbB UH IB
I vbdne
ned
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3. 霍尔系数及灵敏度
霍尔电势
UH IB ned
令 RH 1 ne
UH RH IB d
金属 绝缘体 半导体
霍尔系
数
设 KH RH 1 d ned
UH KHIB
灵敏度系 数
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（二）霍尔元件
基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件。
C
AI
B
D
霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成
输入引线：激励电极 输出引线：霍尔电极
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7
2 磁敏式传感器
测量原理：半导体材料中的自由电子及 空穴随磁场改变其运动方向。
结构
霍尔传感器 体型 ——
磁敏电阻 磁敏二极管 结型 —— 磁敏三极管
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一、霍尔传感器
（一）霍尔效应
1. 定义
霍尔：1879年
z y
B
x
Ib
d EH
I
半导体
UH
L
I
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2. 霍尔电势的产生
3. 霍尔元件的误差及其补偿
半导体固有特性
温度误差
半导体制造工艺缺陷 零位误差
(1) 零位误差及补偿
霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时出现的 霍尔电势称为零位误差。
C
A
U0 B I
D
原因： ◇ 两个霍尔电极不在 同一等位面上； ◇ 材料不均匀。
不等位电势
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C
A
U0 B I
D
电桥补偿方法
BOP—— 工作点“开” BRP —— 释放点“关” BH —— 磁滞
UOUT（V）
12
ON
10
8
6
OFF
4
2
0
BRP BH BOP
B（T）
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2. 线性集成霍尔传感器
输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。
1 Vcc
稳压
结构：霍尔元件、差
VOUT 分放大器、稳压、电
3
流放大输出级。
（二）变磁通式磁电式传感器（磁阻式）
线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连 接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动 中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈 的磁通量，在线圈中产生感应电动势。
1－永久磁铁 2－软铁 3－感应线圈 4－齿轮
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1 磁电式传感器 2 磁敏式传感器
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I
B
W
E
RL
UH
四端器件
UH RH IB d
输出电势：mV量级
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（2）霍尔电势的输出电路
线性测量：比例放大器 线性度好、低噪声放大器
15V
Rf
1 4 R1
2
3
R2
15V
1 4 R1
2
3
R2
R3
R4
15V
R3
R4
15V
开关应用：射极跟随器 灵敏度高，一般放大器
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二、结构与分类
恒磁通式和变磁通式 （一）恒定磁通磁电式传感器
这种传感器工作磁场恒定，线圈和磁铁两者间 产生相对运动，切割磁场线而产生感应电势。
动圈式
动铁式
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4
恒磁通式磁电传感器的结构原理图
eWBsLinv
eWBsLinv
eW B siA n t
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5
Ip
IH
I
Rp
霍尔元件的
输入电阻随温
UH
度而变化
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② 利用输出回路的负载进行补偿
I I
RL UH
霍尔元件的 输出电阻随温度 而改变
只要补偿电阻选择适当，就可达到温度补偿的目的。
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③ 实际补偿电路
UH
R1
R2
R4
R3
Rt
w1
E1 w3
E2 w2
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温度补偿电桥
地2
单端输出：SL3501T
广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、
电流等的测量或控制。
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（四）霍尔传感器的应用 1. 霍尔位移传感器
磁钢
N IS
S Nx
B
x 0
U H K H B I K 1 B B K2x
U H K 1 K 2x K x 测量范围：1～2 mm
磁场梯度越大，灵敏度越高
整形 输出 3 VT
结构： 稳压器、霍尔片、 差分放大器，施 密特触发器和输
地 2 出级等部分组成。
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1 Vcc
霍尔元件 放大
稳压
整形 输出 3 VT
工作原理：
有磁场：UH >开启阈值，
高电平，VT导通 开状态
磁场减弱：UH <断开阈值，
地 2 低电平，VT截止 关状态
工作特性
B BOP 高低，开状态 B BRP 低高，关状态
同学们好！
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1
1 磁电式传感器 2 磁敏式传感器
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2
1 磁电式传感器
一、工作原理
根据电磁感应定律，当w 匝线N圈o在恒定 磁场内运动时，设穿过线圈的Im磁通a为gΦe，则
线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有
如下关系：
e W d dt
根据这一原理，可设计成两种结构：
13
1. 霍尔元件的电磁特性
(1) 霍尔输出电势与控制电流之间的关系
UH I
(2) 霍尔输出电势与磁场之间的关系
UH B
(3) 霍尔元件的输入Ri或输出电阻R0与磁场之间的关系
RB
Ri —— 控制电流电极间的电阻 R0 —— 输出霍尔电势电极间的电阻
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2. 霍尔元件的测量电路 （1） 基本测量电路
C
A
B
D W
（a）
R1 IA
R2
W
C R3 B
R4
D
R1
A
C R3
B
R2 D R4
C
A
B
DW
（b）
R1 IA
C R3
B
R2
R4
D
W
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C
A
B
D W
（c）
R1 IA
R2 W
C R3 B
R4
D
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(2) 温度误差及补偿
电阻率、迁移率、载流子浓度：T 霍尔元件内阻、霍尔电势：T
① 采用恒流源供电，输入回路并联电阻
3. 直流功率测量仪
I
IC K1 I B K 2 V