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1、第六章磁电式传感器第1页，共51页，编辑于2022年，星期三6-1 6-1 霍尔传感器霍尔传感器 霍尔传感器是利用霍尔元件基于霍尔传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理霍尔效应原理而将被测量，如而将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电流、磁场、位移、压力等转换成电动势电动势输出的一种传感器。输出的一种传感器。一、霍尔效应一、霍尔效应 霍尔效应是导电材料中的霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电电流与磁场相互作用而产生电动势动势的物理效应。的物理效应。置于磁场中的静止载流体中，若电流方向与磁场方向不置于磁场中的静止载流体中，若电流方向与磁场方向不相同，则在载流体的垂直于电流与磁场方
2、向所组成的两个侧相同，则在载流体的垂直于电流与磁场方向所组成的两个侧面将产生电动势。这一现象为美国物理学家爱德文面将产生电动势。这一现象为美国物理学家爱德文霍尔于霍尔于1879年发现，称为霍尔效应，相应的电动势称为霍尔电势。年发现，称为霍尔效应，相应的电动势称为霍尔电势。第2页，共51页，编辑于2022年，星期三bdVHIlBvFF称为霍尔系数，它是由基片材料的物理性质称为霍尔系数，它是由基片材料的物理性质决定常数；决定常数；灵敏度系数，表示在单位磁感应强度和单位灵敏度系数，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电势大小。控制电流时的霍尔电势大小。当磁场感应强度当磁场感应强度B和霍尔片平面
3、和霍尔片平面法线成角度法线成角度时时,霍尔电势为：霍尔电势为：l设为设为N型半导体，型半导体，载流子为电子。载流子为电子。第3页，共51页，编辑于2022年，星期三 霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。成电动势输出的一种传感器。优点：优点：结构简单，体积小，坚固，频率响应宽，结构简单，体积小，坚固，频率响应宽，动态范围大动态范围大,无触点无触点,使用寿命长使用寿命长,可靠性高可靠性高,易微型易微型化和集成电路化。化和集成电路化。不足：不足
4、：温度影响大，要求转换精度较高时必须温度影响大，要求转换精度较高时必须进行温度补偿。进行温度补偿。第4页，共51页，编辑于2022年，星期三二、霍尔元件二、霍尔元件 由霍尔片、引线和壳体组成由霍尔片、引线和壳体组成,如图所示。如图所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。1 1、11两两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2 2、22引线为霍尔输引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。出引线，称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。氧树脂封装而成。
5、在电路中霍尔元件可用两种符号表示。在电路中霍尔元件可用两种符号表示。第5页，共51页，编辑于2022年，星期三1 1、霍尔元件基本电路、霍尔元件基本电路 RW调节控制电流的大小。调节控制电流的大小。RL为负载电阻，可以是放大器的内阻或指示器内阻。为负载电阻，可以是放大器的内阻或指示器内阻。霍尔效应建立的时间极短（霍尔效应建立的时间极短（10-1210-14S），），I即可以是直流，也即可以是直流，也可以是交流。可以是交流。若被测物理量是若被测物理量是I、B或者或者IB乘积的函数，通过测量霍尔电势乘积的函数，通过测量霍尔电势UH就就可知道被测量的大小。可知道被测量的大小。第6页，共51页，编辑于
6、2022年，星期三2 2、霍尔片主要技术指标、霍尔片主要技术指标 （1）额定激励电流）额定激励电流 IH 使霍尔片温升使霍尔片温升10所施加的控制电流值。所施加的控制电流值。（限制额定激励电流的主要因素是散热条件）（限制额定激励电流的主要因素是散热条件）（2）输入电阻）输入电阻 Ri 控制电极间的电阻值，规定在室温（控制电极间的电阻值，规定在室温（205）的环境）的环境温度中测取。温度中测取。指霍尔电极间的电阻值，规定在（指霍尔电极间的电阻值，规定在（205）条件下测）条件下测取。取。（3）输出电阻）输出电阻 RS第7页，共51页，编辑于2022年，星期三（4）不等位电势）不等位电势V0及零位
7、电阻及零位电阻r0 当控制磁感应强度为零，控制电流为额定值当控制磁感应强度为零，控制电流为额定值IH时，霍时，霍尔电极间的空载电势称为不等位电势（或零位电势）。尔电极间的空载电势称为不等位电势（或零位电势）。不等位电势也可用不等位电阻表示：不等位电势也可用不等位电阻表示：零位电阻零位电阻 第8页，共51页，编辑于2022年，星期三产生不等位电势的原因主要是：产生不等位电势的原因主要是：霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；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；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
8、匀；控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。（均是制造工艺造成的）（均是制造工艺造成的）第9页，共51页，编辑于2022年，星期三3 3、霍尔片的特性、霍尔片的特性 （1）UH-I特性分析：分析：1.1.U UH H-I-I特性曲线是线性的；特性曲线是线性的；2.2.k kI I-k-kH H成正比成正比 k kI I1/d1/d，kkI I大的大的元件，元件，d d小，不能通过较大电流，小，不能通过较大电流，U UH HII不一定高，不一定高，第10页，共51页，编辑于2022年，星期三（2）UH-B特性当控制电流恒定时，霍尔元件的输出当控制电流恒
9、定时，霍尔元件的输出随随B B增加并不完全是线性关系，增加并不完全是线性关系，B B0.5T0.5T时，时，U UH H-B-B才呈较好线性。其中才呈较好线性。其中Hz-4Hz-4型元件线性度高。型元件线性度高。当磁场为交变、电流是直流时，由于当磁场为交变、电流是直流时，由于交变磁场在导体内产生涡流而输出附交变磁场在导体内产生涡流而输出附加霍尔电势，因此霍尔元件只能在几加霍尔电势，因此霍尔元件只能在几千千HzHz频率的交变磁场内工作。频率的交变磁场内工作。第11页，共51页，编辑于2022年，星期三4 4、霍尔片的补偿电路、霍尔片的补偿电路 （1）不等位电势的补偿）不等位电势的补偿 由于不等位
10、电势与不等位电阻是一致的，因此由于不等位电势与不等位电阻是一致的，因此可以用分析其电阻的方法来进行补偿。可以用分析其电阻的方法来进行补偿。第12页，共51页，编辑于2022年，星期三ABCDIR1R2R3R4 补偿原理补偿原理：将将R1、R2、R3、R4其视为电其视为电桥的四个臂，即电桥不平衡，桥的四个臂，即电桥不平衡，为使其平衡可在阻值较大的臂为使其平衡可在阻值较大的臂上并联电阻，或在两个臂上同上并联电阻，或在两个臂上同时并联电阻。时并联电阻。图中图中A、B为为控制电极控制电极，C、D为为霍尔电极霍尔电极，在极间分，在极间分布的电阻用布的电阻用R1、R2、R3、R4表示，理想情况是表示，理想
11、情况是R1R2R3R4，即零位电势为零（或零位电阻为零）。但实际上，即零位电势为零（或零位电阻为零）。但实际上存在着零位电势，则说明此四个电阻不等。存在着零位电势，则说明此四个电阻不等。第13页，共51页，编辑于2022年，星期三第14页，共51页，编辑于2022年，星期三（2）温度补偿）温度补偿 霍尔片是采用半导体材料制造的，因此它们的霍尔片是采用半导体材料制造的，因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。如半导体材料的许多参数都具有较大的温度系数。如半导体材料的电阻率，迁移率和载流子浓度等都随温度而变化。电阻率，迁移率和载流子浓度等都随温度而变化。霍尔片的性能参数如输入和输出电阻，霍尔系数等
12、也霍尔片的性能参数如输入和输出电阻，霍尔系数等也随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差，为了随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差，为了减小温度差：减小温度差：除选用温度系数较小的材料（如砷化铟）；除选用温度系数较小的材料（如砷化铟）；采用适当的补偿电路。采用适当的补偿电路。第15页，共51页，编辑于2022年，星期三采用恒流源供电和输入回路并联电阻采用恒流源供电和输入回路并联电阻 温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在稳压源供温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在稳压源供电时，会使控制电流发生变化，带来误差。电时，会使控制电流发生变化，带来误差。为了减小这种误差，最好采用为了减小这种
13、误差，最好采用恒流源恒流源，但霍尔片，但霍尔片的灵敏度系数的灵敏度系数KH也是温度的函数，为进一步提高也是温度的函数，为进一步提高VH的温的温度稳定性，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在其输入回度稳定性，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在其输入回路中并联电阻路中并联电阻RP。第16页，共51页，编辑于2022年，星期三采用恒压源和输入回路串联电阻采用恒压源和输入回路串联电阻 当霍尔元件采用稳压电源供电，且霍尔输出当霍尔元件采用稳压电源供电，且霍尔输出开路状态工作时，可在输入回路串入适当电阻来开路状态工作时，可在输入回路串入适当电阻来补偿温度误差。补偿温度误差。第17页，共51页，编辑于2022
14、年，星期三热敏电阻补偿霍尔元件一般具有正温度系数，即输出随温度升高而下降，若霍尔元件一般具有正温度系数，即输出随温度升高而下降，若能使控制电流随温度升高而上升。能使控制电流随温度升高而上升。输入回路串热敏电阻（当温度上升时其阻值下降，使控制输入回路串热敏电阻（当温度上升时其阻值下降，使控制电流上升。）电流上升。）输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下降被输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下降被热敏电阻阻值减小所补偿。热敏电阻阻值减小所补偿。在使用时，热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或靠近，使在使用时，热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或靠近，使它们温度变化一致。它们
15、温度变化一致。第18页，共51页，编辑于2022年，星期三三、霍尔开关集成传感器三、霍尔开关集成传感器 霍尔开关集成传霍尔开关集成传感器是利用霍尔效应感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传而制成的一种磁敏传感器，它能感知与磁感器，它能感知与磁信息有关的物理量，信息有关的物理量，并以开关信号形式输并以开关信号形式输出。出。稳压稳压整形整形VCC输出输出地地123霍尔元件霍尔元件放大放大 由稳压电路、霍尔元件、放大器、整形电路、开路输出五部分由稳压电路、霍尔元件、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，开始输组成。稳压电
16、路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作，开始输出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口。出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口。第19页，共51页，编辑于2022年，星期三稳压稳压整形整形VCC输出输出地地123霍尔元件霍尔元件放大放大 当有磁场作用在传感器上时，霍尔元件输出霍尔电压当有磁场作用在传感器上时，霍尔元件输出霍尔电压VH，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路，当放大后，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路，当放大后的的VH电压大于电压大于“开启开启”阈值时，施密特整形电路翻转，输出阈值时，施密特整形电路翻转，输出高电平，使半导体管导通高电平，使半导体管导通“开状态开状态”；当磁场
17、减弱时，；当磁场减弱时，霍尔元件输出的霍尔元件输出的VH很小，经放入器放大后其值也小于施密特很小，经放入器放大后其值也小于施密特整形电路的整形电路的“关闭关闭”阈值，施密特整形电路再次翻转，输出阈值，施密特整形电路再次翻转，输出低电平，使半导体管截止，这种状态为低电平，使半导体管截止，这种状态为“关状态关状态”。一。一次磁场强度的变化，就使传感器完成了一次开关动作。次磁场强度的变化，就使传感器完成了一次开关动作。工作原理：工作原理：霍尔开关传感器的用途：霍尔开关传感器的用途：霍尔开关集成传感器基本用途有：汽车点火系统、保霍尔开关集成传感器基本用途有：汽车点火系统、保安系统、转速、里程测定、机械
18、设备的限位开关、按钮开安系统、转速、里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的检测与控制、位置及角度的检测，等等。关、电流的检测与控制、位置及角度的检测，等等。第20页，共51页，编辑于2022年，星期三几种接口电路形式几种接口电路形式第21页，共51页，编辑于2022年，星期三几种不同尺寸外形的霍尔开关几种不同尺寸外形的霍尔开关第22页，共51页，编辑于2022年，星期三四、霍尔线性集成传感器四、霍尔线性集成传感器 霍尔线性集成传感器的输出电压与外加磁场霍尔线性集成传感器的输出电压与外加磁场呈线性比例关系。呈线性比例关系。稳压稳压VCC输出输出地地123霍尔元件霍尔元件放大放大稳压稳压V
19、CC输输出出地地341霍尔元件霍尔元件放大放大8单端输出传感器的电路结构单端输出传感器的电路结构双端输出的电路结构双端输出的电路结构第23页，共51页，编辑于2022年，星期三 霍尔线性集成传感器一般由霍尔元件和放大器组成，霍尔线性集成传感器一般由霍尔元件和放大器组成，当外加磁场时，霍尔元件产生与磁场成线性比例变化的当外加磁场时，霍尔元件产生与磁场成线性比例变化的霍尔电压，经放大器放大后输出。霍尔电压，经放大器放大后输出。霍尔线性传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、霍尔线性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。速度、磁场、电流等的测量或控制。第24页，共51页，编
20、辑于2022年，星期三五、霍尔传感器的应用五、霍尔传感器的应用 霍尔元件可以测量磁物理量及电量、还可以通霍尔元件可以测量磁物理量及电量、还可以通 过转换测量其它非电量。过转换测量其它非电量。由于霍尔元件的输出量是比例于两个输入量的由于霍尔元件的输出量是比例于两个输入量的 乘积，因此可以方便而准确地实现乘法运算，乘积，因此可以方便而准确地实现乘法运算，可构成各种非线性运算部件。可构成各种非线性运算部件。霍尔元件工作从直流到数百千赫兹的频率范围霍尔元件工作从直流到数百千赫兹的频率范围 内。内。霍尔元件在工程技术上的应用相当广泛，具体产品霍尔元件在工程技术上的应用相当广泛，具体产品有高斯计、霍尔罗盘
21、、大电流计、功率计、位移传感器、有高斯计、霍尔罗盘、大电流计、功率计、位移传感器、乘法器、调制器等。乘法器、调制器等。第25页，共51页，编辑于2022年，星期三1、转速测量、转速测量 NS霍尔元件霍尔元件（转转角）角）VH02NS霍尔元件霍尔元件（转转角）角）VH0永磁体装在轴端的转速测量方法永磁体装在轴端的转速测量方法永磁体装在轴侧的转速测量方法永磁体装在轴侧的转速测量方法第26页，共51页，编辑于2022年，星期三1、转速测量、转速测量 第27页，共51页，编辑于2022年，星期三工作原理及用途：工作原理及用途：被测体上贴一磁钢，非接触式测量，高可靠，适用于低转速，体积小、安装方便，对环
22、境无要求，适合各种恶劣环境、污浊环境、功耗低，适宜长期工作。霍尔式转速计霍尔式转速计第28页，共51页，编辑于2022年，星期三 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。第29页，共51页，编辑于2022年，星期三霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。带有微型带有微型磁铁的霍磁铁的霍尔传感器尔传感器钢质钢质霍尔霍尔第30页，共51页，编辑于2022年，星期三霍尔式无刷电动机 霍尔式无刷电动机取消了
23、换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨损等问题，所以它在录像机、CD唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。第31页，共51页，编辑于2022年，星期三霍尔式无触电汽车点火装置 第32页，共51页，编辑于2022年，星期三第33页，共51页，编辑于2022年，星期三2、利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖、利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖 层厚度测量层厚度测量 磁法覆盖厚度测量是指对铁磁性物质表面非磁磁法覆盖厚度测量是指对铁磁性物质表面非磁性涂层的厚度
24、测量性涂层的厚度测量。例如对钢铁表面的镀膜、油漆、塑料、搪瓷等例如对钢铁表面的镀膜、油漆、塑料、搪瓷等覆盖层的厚度等便可使用磁法厚度测量的方法。覆盖层的厚度等便可使用磁法厚度测量的方法。第34页，共51页，编辑于2022年，星期三U型铁心型铁心永磁体永磁体铁磁基体铁磁基体磁回路磁回路SL3501M覆盖层覆盖层 测量时将测量时将U形铁芯的两极放到被测物体表面上，这时永磁体产生形铁芯的两极放到被测物体表面上，这时永磁体产生的磁通便通过的磁通便通过U形铁芯和被测物体构成磁回路。当被测物体表面覆盖形铁芯和被测物体构成磁回路。当被测物体表面覆盖层厚度不同时，磁回路的磁阻和磁通量将会发生变化，磁回路中的层
25、厚度不同时，磁回路的磁阻和磁通量将会发生变化，磁回路中的霍尔集成传感器将会检测出磁场强度的不同，从而使霍尔集成传感霍尔集成传感器将会检测出磁场强度的不同，从而使霍尔集成传感器产生的输出电压随覆盖层厚度的不同而变化，完成覆盖层非电量器产生的输出电压随覆盖层厚度的不同而变化，完成覆盖层非电量到电量的转换。到电量的转换。将将U型硅钢片铁型硅钢片铁芯中间断开，然后将芯中间断开，然后将SL3501M霍尔线性集霍尔线性集成传感器和一片钕铁成传感器和一片钕铁硼永磁体夹在中间，硼永磁体夹在中间，用用502胶粘牢。胶粘牢。第35页，共51页，编辑于2022年，星期三 霍尔集成传感器内部虽然设有差分放大器，但其输
26、出的电霍尔集成传感器内部虽然设有差分放大器，但其输出的电压仍然满足不了使用电路的要求，为此，将信号加一级放大，压仍然满足不了使用电路的要求，为此，将信号加一级放大，便可得到足够大的信号幅度。便可得到足够大的信号幅度。5VIC1IC25VUOUT第36页，共51页，编辑于2022年，星期三3、霍尔元件在电流测量上的应用、霍尔元件在电流测量上的应用 用霍尔元件测量电流，都是通过霍尔元件检测通电导用霍尔元件测量电流，都是通过霍尔元件检测通电导线周围的磁场来实现的。线周围的磁场来实现的。在现代工程技术中，往往要测量在现代工程技术中，往往要测量大直流电流大直流电流大直流电流大直流电流，有时直，有时直流电
27、流值高达流电流值高达10KA以上。过去，多采用电阻器分流的方法以上。过去，多采用电阻器分流的方法来测量这样大的电流。这种方法有许多缺点，如分流器结来测量这样大的电流。这种方法有许多缺点，如分流器结构复杂、笨重、耗电、耗铜等。利用霍尔效应原理测量大构复杂、笨重、耗电、耗铜等。利用霍尔效应原理测量大电流可以克服上述的一些缺点。霍尔效应大电流计结构简电流可以克服上述的一些缺点。霍尔效应大电流计结构简单、成本低、准确度高，在很大程度上与频率无关，便于单、成本低、准确度高，在很大程度上与频率无关，便于远距离测量，测量时不需要断开回路。远距离测量，测量时不需要断开回路。第37页，共51页，编辑于2022年
28、，星期三（1）导线旁测法）导线旁测法 这种方法是一种最简单的方这种方法是一种最简单的方法，将霍尔元件放在通电导线法，将霍尔元件放在通电导线的附近，给霍尔元件通以恒定的附近，给霍尔元件通以恒定电流，用霍尔元件测量被测电电流，用霍尔元件测量被测电流产生的磁场，就可以从元件流产生的磁场，就可以从元件输出的霍尔电压中确定被测电输出的霍尔电压中确定被测电流值。流值。这种方法虽然结构简单，这种方法虽然结构简单，但测量精度较差，受外界干但测量精度较差，受外界干扰也大，只适用一些不重要扰也大，只适用一些不重要的场合。的场合。BICI通电电流通电电流VH第38页，共51页，编辑于2022年，星期三 当导线中有电
29、流流通时，导线当导线中有电流流通时，导线周围产生磁场，使导磁体铁芯磁化周围产生磁场，使导磁体铁芯磁化成暂时性磁铁，在环形气隙中就会成暂时性磁铁，在环形气隙中就会形成一个磁场，导体中的电流越大，形成一个磁场，导体中的电流越大，气隙处的磁感应强度就越大，霍尔气隙处的磁感应强度就越大，霍尔元器件输出的霍尔电压元器件输出的霍尔电压VH就越大。就越大。可以通过霍尔电压检测到导线可以通过霍尔电压检测到导线中的电流。这种方法可以提高中的电流。这种方法可以提高电流测量的精度。电流测量的精度。导磁铁心导磁铁心霍尔元器件霍尔元器件通电导线通电导线I（2）导线贯串磁芯法）导线贯串磁芯法 如果用铁磁材料做成磁导体的铁
30、芯，使被测通电导线贯串它的中央，如果用铁磁材料做成磁导体的铁芯，使被测通电导线贯串它的中央，将霍尔元件或霍尔集成传感器放在磁导体的气隙中，这样，可以通过环将霍尔元件或霍尔集成传感器放在磁导体的气隙中，这样，可以通过环形铁芯集中磁力线，如下图所示。形铁芯集中磁力线，如下图所示。测量原理测量原理第39页，共51页，编辑于2022年，星期三 在实际应用中，为了测量的方便，还可以把导磁铁芯做成钳式形在实际应用中，为了测量的方便，还可以把导磁铁芯做成钳式形状，或非闭合磁路的形状，如下图所示。状，或非闭合磁路的形状，如下图所示。I霍尔元器件霍尔元器件通电导线通电导线导磁铁心导磁铁心霍尔元器件霍尔元器件通电
31、导线通电导线导磁铁心导磁铁心I钳式钳式非闭合磁路式非闭合磁路式第40页，共51页，编辑于2022年，星期三（3）磁芯绕线法）磁芯绕线法 这种方法如下图所示。它由标准环形导磁铁芯和这种方法如下图所示。它由标准环形导磁铁芯和SL3501M霍尔线性集成传感器组合而成。霍尔线性集成传感器组合而成。SL3501M通电导线通电导线导磁铁心导磁铁心I 被测通电导线绕在导磁被测通电导线绕在导磁铁芯上，每铁芯上，每1安安1匝在气隙处匝在气隙处可产生可产生0.0056T的磁感应强度。的磁感应强度。若测量范围是若测量范围是020A时，则导时，则导线绕制线绕制9匝便可产生约匝便可产生约0.1 T的的磁感应强度，磁感应
32、强度，SL3501M会有会有1.4V的电压输出。的电压输出。第41页，共51页，编辑于2022年，星期三数字钳型表数字钳型表用途：用途：主要用于大电流测量，可用于机械加工车间，工厂，及各种耗电量较大的任何场合。第42页，共51页，编辑于2022年，星期三4、霍尔元件在磁性材料研究上的应用、霍尔元件在磁性材料研究上的应用被测磁性物质被测磁性物质交流信号源交流信号源霍尔元件霍尔元件示波器示波器电流表电流表磁化磁化绕组绕组 在磁性材料特性研究中，往往需要复杂的过程才能得到在磁性材料特性研究中，往往需要复杂的过程才能得到B-H曲线或磁曲线或磁场分布图。因为霍尔电压同铁芯磁化绕组的电流的关系场分布图。因
33、为霍尔电压同铁芯磁化绕组的电流的关系VH=f(IM）同样反映了磁感应强度）同样反映了磁感应强度B与磁场强度与磁场强度H之间的关之间的关系系B=f(H)，所以可以直接用示波器来观察这个关系。，所以可以直接用示波器来观察这个关系。第43页，共51页，编辑于2022年，星期三5、霍尔线性位移传感器、霍尔线性位移传感器霍尔线性位移传感器霍尔线性位移传感器第44页，共51页，编辑于2022年，星期三若令霍尔元件的工作电流保持不若令霍尔元件的工作电流保持不变，而使其在一个均匀梯度磁场变，而使其在一个均匀梯度磁场中移动，它输出的霍尔电压中移动，它输出的霍尔电压VH值只由它在该磁场中的位移量值只由它在该磁场中
34、的位移量Z来决定。图中来决定。图中3种产生梯度磁种产生梯度磁场的磁系统及其与霍尔器件组场的磁系统及其与霍尔器件组成的位移传感器的输出特性曲成的位移传感器的输出特性曲线，将它们固定在被测系统上，线，将它们固定在被测系统上，可构成霍尔微位移传感器。从可构成霍尔微位移传感器。从曲线可见，结构（曲线可见，结构（b）在）在Z2mm时，时，VH与与Z有良好的线有良好的线性关系，且分辨力可达性关系，且分辨力可达1m，结，结构（构（C）的灵敏度高，但工作距离）的灵敏度高，但工作距离较小。较小。几种产生梯度磁场的磁系统和几种霍尔位几种产生梯度磁场的磁系统和几种霍尔位移传感器的静态特性移传感器的静态特性 霍尔线性
35、位移传感器原理霍尔线性位移传感器原理第45页，共51页，编辑于2022年，星期三6、霍尔压力传感器、霍尔压力传感器 霍尔压力传感器由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组成，如图霍尔压力传感器由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组成，如图所示。所示。(a)的弹性元件为膜盒，的弹性元件为膜盒，(b)为弹簧片，为弹簧片，(c)为波纹管。磁系统最好为波纹管。磁系统最好用能构成均匀梯度磁场的复合系统，如图中的用能构成均匀梯度磁场的复合系统，如图中的(a)、(b)，也可采用单一，也可采用单一磁体，如磁体，如(c)。加上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移，改变。加上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移
36、，改变作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压VH。由事先校准的。由事先校准的pf(VH)曲线即可得到被测压力曲线即可得到被测压力p的值。的值。霍尔压力传感器的构成原理霍尔压力传感器的构成原理 第46页，共51页，编辑于2022年，星期三第47页，共51页，编辑于2022年，星期三第48页，共51页，编辑于2022年，星期三p p特点：特点：磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可于安装，测量范围宽可超过十几米超过十几米，抗干扰能，抗干扰能力强。力强。p p类型：类型：磁栅可分为磁栅可分为长磁栅长磁栅和和圆磁栅圆磁栅。长磁栅主。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。移测量。p p组成：组成：磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。理电路组成。6-2 6-2 磁栅传感器简介磁栅传感器简介第49页，共51页，编辑于2022年，星期三磁栅的外形及结构磁栅的外形及结构磁尺磁尺静态磁头静态磁头去信号处理电路去信号处理电路固定孔固定孔第50页，共51页，编辑于2022年，星期三磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示第51页，共51页，编辑于2022年，星期三