传感器技术培训

金属传感器及其应用电路
金属传感器是一种接近开关，接近开关又称无触点行程开关。它 能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体 与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。
接近开关的核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体有很 高的感辨能力。
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接近开关外形
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接近开关外形
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二、接近开关的特点 接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤
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1. 霍尔效应
置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不
2.
图 3是几种不同结构的霍尔式转速传感器。 磁性转盘的 输入轴与被测转轴相连, 当被测转轴转动时, 磁性转盘随之转 动, 固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通 过时产生一个相应的脉冲, 检测出单位时间的脉冲数, 便可知 被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量 转速的分辨率。
2）
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电 势对外电路来说相当于一个电压源, 其电源内阻即为输出电 阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且环境温度在 20℃±5℃时确定的。
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图2 霍尔式位移传感器的工作原理
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、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防 尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调 整方便； 缺点是 触点容量较小、输出短路时易烧毁。
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一致时, 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电
动势, 这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。
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传感器技术及其应用
培训材料
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传感器的种类
传感器技术的发展体现了科学技术的发展水平，可以说， 没有传感器技术也就不会有自动化技术的出现。它如今 在各行各业得到了极大的应用，推动了几乎所有相关行 业的发展。
转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源程序传感器不起能量转换作用 ，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容光焕发式传感 器等。
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传感器种类介绍
将各种非电量变换为电量的装置就是传感器。 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。如果没有传感器
图（b）所示是一种结构简单的霍尔位移传感器, 由一块 永久磁铁组成磁路的传感器, 在Δx=0 时, 霍尔电压不等于零。
图（c）是一个由两个结构相同的磁路组成的霍尔式位移 传感器, 为了获得较好的线性分布, 在磁极端面装有极靴, 霍尔 元件调整好初始位置时, 可以使霍尔电压UH=0 。
这种传感器灵敏度很高, 但它所能检测的位移量较小, 适合于 微位移量及振动的测量 。
2. 霍尔元件基本结构 霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如图 1(a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出 四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电 极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔元件 壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电路中 霍尔元件可用两种符号表示，如下图所示。
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3. 霍尔计数装置 霍尔开关传感器SL3501是具有较高灵敏度的集成霍尔元 件, 能感受到很小的磁场变化, 因而可对黑色金属零件进行计 数检测。 图 3-6-4是对钢球进行计数的工作示意图和电路图 当钢球通过霍尔开关传感器时, 传感器可输出峰值20mV的脉 冲电压, 该电压经运算放大器A（μA741）放大后, 驱动半导体 三极管VT（2N5812）工作, VT输出端便可接计数器进行计数, 并由显示器显示检测数值。
对原始参数进行精确可靠的测量，那么无论是信号转换或信息处 理，或都最佳数据的显示与控制都是不可能实现的。
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霍尔传感器及其应用电路
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 。
3. 霍尔元件基本特性
1）
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 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。
传感器分类
一、根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感 器及气敏传感器等。
二、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。 三、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。即模拟式传感
器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号. 四、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。有源传感器将非电量
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图1 霍尔元件基本结构
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二、 霍尔式传感器的应用
1. 霍尔式微位移传感器
霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长 的优点, 它不仅用于磁感应强度#, 有功功率及电能参数的测量, 也在位移测量中得到广泛应用。
图2给出了一些霍尔式位移传感器的工作原理图。 图（a） 是磁场强度相同的两块永久磁铁, 同极性相对地放置, 霍尔元 件处在两块磁铁的中间。由于磁铁中间的磁感应强度B=0, 因 此霍尔元件输出的霍尔电势UH也等于零, 此时位移Δx=0。若 霍尔元件在两磁铁中产生相对位移, 霍尔元件感受到的磁感应 强度也随之改变, 这时UH不为零, 其量值大小反映出霍尔元件 与磁铁之间相对位置的变化量, 这种结构的传感器, 其动态范 围可达 5 mm, 分辨率为 0.001mm。
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传感器及其应用电路
1 传感器种类介绍 2 霍尔传感器及其应用电路 3 金属传感器及其应用电路 4 温度传感器及其应用电路 5 光电传感器及其应用电路 6 超声波传感器及其应用电路 7 红外传感器 8 数字式传感器 9 振动传感器
接近开关外形（续）
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一、常用的接近开关分类
常用的接近开关有电涡流式（俗称电感接近开 关，以下仅以电感接近开关称呼之）、电容式、磁 性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式 、超声波 式等。