磁电式传感器(2).ppt

第八章磁电式传感器一、霍耳磁敏传感器
（一）霍耳效应（二）霍耳磁敏传感器工作原理霍耳电势VH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。可改写成：设KH=RH/d霍耳器件片
a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路
外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2霍耳输出端的端子C、D相应地称为霍耳端或输出端。
若霍耳端子间连接负载,称为霍耳负载电阻或霍耳负载。
电流电极间的电阻，称为输入电阻，或者控制内阻。
霍耳端子间的电阻，称为输出电阻或霍耳侧内部电阻。控制电流I；
霍耳电势VH；
控制电压V；
输出电阻R2；
输入电阻R1；
霍耳负载电阻R3；
霍耳电流IH。上两式是霍尔元件中的基本公式。即：输入电流或输入电压和霍耳输出电势完全呈线性关系。同理，如果输入电流或电压中任一项固定时，磁感应强度和输出电势之间也完全呈线性关系。（四）、基本特性KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏度等于霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。3、最大输出功率在霍耳电极间接入负载后，元件的功率输出与负载的大小有关，当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳负载电阻R3时，霍耳输出功率为最大。807、温度特性：指霍耳电势或灵敏度的温度特性，以及输入阻抗和输出阻抗的温度特性。它们可归结为霍耳系数和电阻率（或电导率）与温度的关系。8、频率特性
磁场恒定，而通过传感器的电流是交变的。器件的频率特性很好，到10kHz时交流输出还与直流情况相同。因此,霍耳器件可用于微波范围,其输出不受频率影响。
磁场交变。霍耳输出不仅与频率有关，而且还与器件的电导率、周围介质的磁导率及磁路参数(特别是气隙宽度)等有关。这是由于在交变磁场作用下，元件与导体一样会在其内部产生涡流的缘故。造成测量误差的主要因素有两类：半导体固有特性和半导体制造工艺的缺陷。
误差表现为:零位误差和温度误差。
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称为
零位电势，又称为不等位电势。主要原因在于霍尔电极不在
同一等位面。霍耳开关集成传感器是利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点。由稳压电路、霍耳元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。稳压电路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作；开路输出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口。
2．霍耳开关集成传感器的工作特性曲线
从工作特性曲线上可以看出，工作特性有一定的磁滞BH，这对开关动作的可靠性非常有利。图中的BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。3．霍耳开关集成传感器的应用
（1）霍耳开关集成传感器的接口电路Vcc①磁铁轴心接近式
在磁铁的轴心方向垂直于传感器并同传感器轴心重合的条件下，②磁铁侧向滑近式要求磁铁平面与传感器平面的距离不变，而磁铁的轴线与传感器的平面垂直。磁铁以滑近移动的方式在传感器前方通过。③采用磁力集中器增加传感器的磁感应强度霍耳开关集成传感器的应用领域：点火系统、保安系统、转速、里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的测定与控制、位置及角度的检测等等1．霍耳线性集成传感器的结构及工作原理
霍耳线性集成传感器的输出电压与外加磁场成线性比例关系。这类传感器一般由霍耳元件和放大器组成，当外加磁场时,霍耳元件产生与磁场成线性比例变化的霍耳电压,经放大器放大后输出。在实际电路设计中，为了提高传感器的性能，往往在电路中设置稳压、电流放大输出级、失调调整和线性度调整等电路。霍耳开关集成传感器的输出有低电平或高电平两种状态，而霍耳线性集成传感器的输出却是对外加磁场的线性感应。因此霍耳线性集成传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。霍耳线性集成传感器有单端输出和双端输出两种，其电路结构如下图。单端输出传感器的电路结构框图2．霍耳线性集成传感器的主要技术特性(1)
传感器的输出特性如下图：2．霍耳线性集成传感器的主要技术特性(2)
传感器的输出特性如下图：（七）霍耳磁敏传感器的应用
利用霍耳效应制作的霍耳器件，不仅在磁场测量方面，而且在测量技术、无线电技术、计算技术和自动化技术等领域中均得到了广泛应用。
利用霍耳电势与外加磁通密度成比例的特性，可借助于固定元件的控制电流，对磁量以及其他可转换成磁量的电量、机械量和非电量等进行测量和控制。应用这类特性制作的器具有磁通计、电流计、磁读头、位移计、速度计、振动计、罗盘、转速计、无触点开关等。利用霍耳传感器制作的仪器优点：
(1)体积小，结构简单、坚固耐用。
(2)无可动部件，无磨损，无摩擦