磁电式传感器课件_精品文档.ppt

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同学们好同学们好！

1磁电式传感器磁电式传感器1磁敏式传感器磁敏式传感器22一、工作原理一、工作原理根据电磁感应定律，当根据电磁感应定律，当ww匝线圈在恒匝线圈在恒定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电势则线圈内的感应电势ee与磁通变化率与磁通变化率d/dtd/dt有如下关系：

有如下关系：

根据这一原理，可设计成根据这一原理，可设计成两种两种结构：

结构：

磁电式传感器磁电式传感器13

（一）恒定磁通磁电式传感器

（一）恒定磁通磁电式传感器动圈式动圈式动铁式动铁式这种传感器工作磁场恒定，线圈和磁铁两者间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。

产生相对运动，切割磁场线而产生感应电势。

二、结构与分类二、结构与分类恒磁通式和变磁通式恒磁通式和变磁通式4恒磁通式磁电传感器的结构原理图恒磁通式磁电传感器的结构原理图5

（二）变磁通式磁电式传感器（磁阻式）

（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。

的磁通量，在线圈中产生感应电动势。

11永久磁铁永久磁铁22软铁软铁33感应线圈感应线圈44齿轮齿轮6磁电式传感器磁电式传感器1磁敏式传感器磁敏式传感器27测量原理：

测量原理：

测量原理：

测量原理：

半导体材料中的自由电子及半导体材料中的自由电子及半导体材料中的自由电子及半导体材料中的自由电子及空穴随磁场改变其运动方向。

空穴随磁场改变其运动方向。

空穴随磁场改变其运动方向。

空穴随磁场改变其运动方向。

结构结构结构结构结型结型结型结型体型体型体型体型霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏电阻磁敏二极管磁敏二极管磁敏二极管磁敏二极管磁敏三极管磁敏三极管磁敏三极管磁敏三极管磁敏式传感器磁敏式传感器28一、霍尔传感器一、霍尔传感器

（一）霍尔效应

（一）霍尔效应

（一）霍尔效应

（一）霍尔效应1.1.1.1.定义定义定义定义霍尔：

霍尔：

霍尔：

霍尔：

1879187918791879年年年年半导体半导体9UHbldIFLFEvB2.2.2.2.霍尔电势的产生霍尔电势的产生霍尔电势的产生霍尔电势的产生洛仑兹力洛仑兹力洛仑兹力洛仑兹力电场力电场力电场力电场力动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡10UHbldIFLFEvB动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡电流电流电流电流11令令令令霍尔系霍尔系数数设设设设灵敏度系灵敏度系数数霍尔电势霍尔电势霍尔电势霍尔电势3.3.3.3.霍尔系数及灵敏度霍尔系数及灵敏度霍尔系数及灵敏度霍尔系数及灵敏度半导体半导体绝缘体绝缘体金金属属12

（二）霍尔元件

（二）霍尔元件

（二）霍尔元件

（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。

基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件。

基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件。

基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件。

霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成输入引线：

激励电极输入引线：

激励电极输入引线：

激励电极输入引线：

激励电极输出引线：

霍尔电极输出引线：

霍尔电极输出引线：

霍尔电极输出引线：

霍尔电极CDAB131.1.1.1.霍尔元件的电磁特性霍尔元件的电磁特性霍尔元件的电磁特性霍尔元件的电磁特性

（1）

（1）霍尔输出电势与控制电流之间的关系霍尔输出电势与控制电流之间的关系霍尔输出电势与控制电流之间的关系霍尔输出电势与控制电流之间的关系

（2）

（2）霍尔输出电势与磁场之间的关系霍尔输出电势与磁场之间的关系霍尔输出电势与磁场之间的关系霍尔输出电势与磁场之间的关系（3）（3）霍尔元件的输入霍尔元件的输入霍尔元件的输入霍尔元件的输入RRii或输出电阻或输出电阻或输出电阻或输出电阻RR00与磁场之间的关系与磁场之间的关系与磁场之间的关系与磁场之间的关系RRii控制电流电极间的电阻控制电流电极间的电阻控制电流电极间的电阻控制电流电极间的电阻RR00输出霍尔电势电极间的电阻输出霍尔电势电极间的电阻输出霍尔电势电极间的电阻输出霍尔电势电极间的电阻152.2.2.2.霍尔元件的测量电路霍尔元件的测量电路霍尔元件的测量电路霍尔元件的测量电路（1111）基本测量电路基本测量电路基本测量电路基本测量电路输出电势：

输出电势：

输出电势：

输出电势：

mVmVmVmV量级量级量级量级四端器件四端器件四端器件四端器件16（2222）霍尔电势的输出电路）霍尔电势的输出电路）霍尔电势的输出电路）霍尔电势的输出电路线性测量：

比例放大器线性测量：

比例放大器线性测量：

比例放大器线性测量：

比例放大器线性度好、低噪声放大器线性度好、低噪声放大器线性度好、低噪声放大器线性度好、低噪声放大器开关应用：

射极跟随器开关应用：

射极跟随器开关应用：

射极跟随器开关应用：

射极跟随器灵敏度高，一般放大器灵敏度高，一般放大器灵敏度高，一般放大器灵敏度高，一般放大器173.3.3.3.霍尔元件的误差及其补偿霍尔元件的误差及其补偿霍尔元件的误差及其补偿霍尔元件的误差及其补偿霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时出现霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时出现霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时出现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。

的霍尔电势称为零位误差。

的霍尔电势称为零位误差。

的霍尔电势称为零位误差。

不等位电势不等位电势不等位电势不等位电势原因：

原因：

原因：

原因：

两个霍尔电极不在两个霍尔电极不在两个霍尔电极不在两个霍尔电极不在同一等位面上；同一等位面上；同一等位面上；同一等位面上；材料不均匀。

材料不均匀。

材料不均匀。

材料不均匀。

半导体固有特性半导体固有特性半导体固有特性半导体固有特性半导体制造工艺缺陷半导体制造工艺缺陷半导体制造工艺缺陷半导体制造工艺缺陷零位误差零位误差零位误差零位误差温度误差温度误差温度误差温度误差

（1）

（1）

（1）

（1）零位误差及补偿零位误差及补偿零位误差及补偿零位误差及补偿18（aa）（bb）（cc）电桥补偿方法电桥补偿方法电桥补偿方法电桥补偿方法19

（2）

（2）

（2）

（2）温度误差及补偿温度误差及补偿温度误差及补偿温度误差及补偿电阻率、迁移率、载流子浓度：

电阻率、迁移率、载流子浓度：

电阻率、迁移率、载流子浓度：

电阻率、迁移率、载流子浓度：

TTTT霍尔元件内阻、霍尔电势：

霍尔元件内阻、霍尔电势：

霍尔元件内阻、霍尔电势：

霍尔元件内阻、霍尔电势：

TTTT采用恒流源供电，输入回路并联电阻采用恒流源供电，输入回路并联电阻采用恒流源供电，输入回路并联电阻采用恒流源供电，输入回路并联电阻霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件的输入电阻随的输入电阻随的输入电阻随的输入电阻随温度而变化温度而变化温度而变化温度而变化20利用输出回路的负载进行补偿利用输出回路的负载进行补偿利用输出回路的负载进行补偿利用输出回路的负载进行补偿霍尔元件的霍尔元件的霍尔元件的霍尔元件的输出电阻随温度输出电阻随温度输出电阻随温度输出电阻随温度而改变而改变而改变而改变只要补偿电阻选择适当，就可达到温度补偿的目的。

只要补偿电阻选择适当，就可达到温度补偿的目的。

只要补偿电阻选择适当，就可达到温度补偿的目的。

只要补偿电阻选择适当，就可达到温度补偿的目的。

21EE11ww33EE22ww11ww22RR22RR33RR44RR11RRttUUHH实际补偿电路实际补偿电路实际补偿电路实际补偿电路温度补偿电桥温度补偿电桥温度补偿电桥温度补偿电桥WWWW1111的作用的作用的作用的作用22霍尔元件霍尔元件测量线路测量线路集成霍尔传感器集成霍尔传感器（三）集成霍尔传感器（三）集成霍尔传感器（三）集成霍尔传感器（三）集成霍尔传感器集成霍尔传感器具有集成霍尔传感器具有体积小、重量轻、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高功耗低、可靠性高等优点。

等优点。

231.1.开关型集成霍尔传感器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）数字信号。

（开关信号）稳压稳压稳压器、霍尔片、稳压器、霍尔片、差分放大器，施差分放大器，施密特触发器和输密特触发器和输出级等部分组成。

出级等部分组成。

结构：

结构：

结构：

结构：

24稳压稳压工作原理：

工作原理：

工作原理：

工作原理：

有磁场：

有磁场：

有磁场：

有磁场：

UUUUHHHH开启阈值，开启阈值，开启阈值，开启阈值，高电平，高电平，高电平，高电平，VTVTVTVT导通导通导通导通磁场减弱：

磁场减弱：

磁场减弱：

磁场减弱：

UUUUHHHH断开阈值，断开阈值，断开阈值，断开阈值，低电平，低电平，低电平，低电平，VTVTVTVT截止截止截止截止开状态开状态开状态开状态关状态关状态关状态关状态121210108866442200工作特性工作特性工作特性工作特性工作点工作点工作点工作点“开开开开”释放点释放点释放点释放点“关关关关”磁滞磁滞磁滞磁滞高高高高低，开状态低，开状态低，开状态低，开状态低低低低高高高高，关状态，关状态，关状态，关状态25输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。

输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。

输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。

输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。

结构：

霍尔元件、差结构：

霍尔元件、差结构：

霍尔元件、差结构：

霍尔元件、差分放大器、稳压、电分放大器、稳压、电分放大器、稳压、电分放大器、稳压、电流放大输出级。

流放大输出级。

流放大输出级。

流放大输出级。

稳压稳压单端输出：

单端输出：

单端输出：

单端输出：

SL3501TSL3501TSL3501TSL3501T2.2.2.2.线性集成霍尔传感器线性集成霍尔传感器线性集成霍尔传感器线性集成霍尔传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。

电流等的测量或控制。

电流等的测量或控制。

电流等的测量或控制。

261.1.1.1.霍尔位移传感器霍尔位移传感器霍尔位移传感器霍尔位移传感器磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越均匀，输出线性越好磁场梯度越均匀，输出线性越好磁场梯度越均匀，输出线性越好磁场梯度越均匀，输出线性越好测量范围：

测量范围：

测量范围：

测量范围：

11112mm2mm2mm2mm（四）霍尔传感器的应用（四）霍尔传感器的应用（四）霍尔传感器的应用（四）霍尔传感器的应用272.2.2.2.磁感应强度测量仪磁感应强度测量仪磁感应强度测量仪磁感应强度测量仪ASL3501MSL3501MSL3501MSL3501M：

霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器RPRPRPRP1111：

调整表头量程：

调整表头量程：

调整表头量程：

调整表头量程RPRPRPRP2222：

调零：

调零：

调零：

调零CCCC1111：

低通滤波：

低通滤波：

低通滤波：

低通滤波测量上限：

测量上限：

测量上限：

测量上限：

0.3T0.3T0.3T0.3T3.3.3.3.直流功率测量仪直流功率测量仪直流功率测量仪直流功率测量仪V284.4.4.4.转速测量转速测量转速测量转速测量永磁体安装在轴端永磁体安装在轴端永磁体安装在轴端永磁体安装在轴端永磁体安装在轴侧永磁体安装在轴侧永磁体安装在轴侧