第5章磁电式传感器课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2024/8/30,1,第,5,章 磁电式传感器,麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场在周围空间产生电场，当闭合回路导体处在此电场中时，导体中的自由电子在电场力作用下作定向移动而产生,感应电流,；如果不是闭合回路，则导体中自由电子的定向移动使断开处两端积累正、负电荷而产生,感应电动势,。,被测量 电信号,分类：磁电感应式、霍尔式,2023/9/61第5章 磁电式传感器麦克斯韦电磁场理论被,2024/8/30,2,一 磁电感应式传感器,1,、工作原理,法拉第电,磁,感应定律：,为,磁通量,B,为磁感应强度,l,为导体长度,v,相对运动速度,磁铁与线圈之间作相对运动,磁路中的磁阻变化,恒定磁场中的线圈面积变化,磁通量,变化关键,2023/9/62一 磁电感应式传感器法拉第电磁感应定律：,2024/8/30,3,其中：,1-,永久磁铁,2-,软磁铁,3-,感应线圈,4-,测量齿轮,5-,内齿轮,6-,外齿轮,7-,转轴,(1),变磁通式,a,开磁通式,b,闭磁通式,磁电感应式传感器分类：,变磁通式,和,恒磁通式,2023/9/63其中：1-永久磁铁 2-软磁铁 3-感应,2024/8/30,4,开磁路变磁通式：线圈、 磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随之一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。,这种传感器结构简单,但输出信号较小,且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速。,2023/9/64开磁路变磁通式：线圈、 磁铁静止不动，测,2024/8/30,5,闭磁路变磁通式：它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。 当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动,内齿轮随被测轴而转动， 内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化， 从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感生电动势。,显然，感应电势的频率与被测转速成正比。采用测频的方法可以得到被测物体的转动速度。,2023/9/65闭磁路变磁通式：它由装在转轴上的内齿轮和,开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被测轴振动比较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场合往往采用闭磁路式转速传感器。,开磁路式转速传感器结构比较简单，但输出信号小，另外当被测轴振,2024/8/30,7,(2),恒定磁通式,工作气隙中的磁通恒定,永久磁铁,线 圈,相对运动,线圈不动，磁铁运动,线圈运动，磁铁不动,动圈式,动铁式,2023/9/67(2)恒定磁通式工作气隙中的磁通恒定永久磁,2024/8/30,8,感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或角速度正比,B,气隙磁感应强度,(Wb/m,2,),l,线圈导线总长度,(m),S,线圈所包围的面积,(m,2,),v,线圈和磁铁间相对运动的速度,(m/s),线圈和磁铁间相对旋转运动的角速,(rad/s),运动方向与磁感应强度方向的夹角,式中：,磁铁和线圈的相对运动产生切割磁力线从而产生感应电势,2023/9/68感应电动势与线圈相对磁铁运动线速度或角速度,2024/8/30,9,磁电式传感器：利用，测量量变化,感应电压,e,有源传感器,电磁式传感器：利用衔铁运动，,R,m,变化,L,变化,U,变化 无源传感器,注意与,电磁式传感器,区别,2023/9/69磁电式传感器：利用，测量量变化电磁,2024/8/30,10,2,、基本特性,当测量电路接入磁电传感器电路中,传感器的输出电流,I,o,为,式中,:,R,f,测量电路输入电阻,l,每匝线圈平均长度,R,线圈等效电阻,N,线圈匝数,传感器的电流灵敏度为,运动速度,传感器,E,R,R,f,I,0,2023/9/6102、基本特性当测量电路接入磁电传感器电路,2024/8/30,11,而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为：,当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、 机械振动或冲击时,其灵敏度将发生变化而产生测量误差。 相对误差为：,2023/9/611而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为：,2024/8/30,12,(1),非线性误差,磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是,:,由于传感器线圈内有电流,I,流过时，将产生一定的交变磁通,I,，此交变磁通叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上，使恒定的气隙磁通变化，如图所示,2023/9/612(1) 非线性误差 磁电式,2024/8/30,13,当产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反，减弱了工作磁场的作用，从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。,当线圈的运动速度与图所示方向相反时，感生电势,E,、线圈感应电流反向，所产生的附加磁场方向与工作磁场同向,从而增大了传感器的灵敏度。,其结果是线圈运动方向不同时,传感器的灵敏度具有不同的数值,2023/9/613当产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反,2024/8/30,14,为补偿上述附加磁场干扰,可在传感器中加入补偿线圈,如图所示。 补偿线圈通以经放大,K,倍的电流,适当选择补偿线圈参数,可使其产生的交变磁通与传感线圈本身所产生的交变磁通互相抵消,从而达到补偿的目的。,补偿线圈,2023/9/614为补偿上述附加磁场干扰, 可在传感器中加,2024/8/30,15,对铜线而言，当温度变化时每摄氏度变化量为：,dL/L,0.16710,-4,dR/R,0.4310,-2,温度变化时对铝镍钴永久磁合金,dB/B,-0.0210,-2,这样可得近似值：,t,(-4.5%)/10 ,这一数值是很可观的,所以需要进行热磁分流器温度补偿。,(2),温度误差,2023/9/615对铜线而言，当温度变化时每摄氏度变化量为,2024/8/30,16,热磁分流器,由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。温度正常时将空气气隙磁通分路掉一小部分；而当温度过高时，它的磁导率显著下降，分流掉的磁通显著降低，从而保持空气气隙的工作磁通不随温度变化，维持传感器灵敏度为常数。,2023/9/616热磁分流器,2024/8/30,17,磁电式传感器是速度传感器，通常具有较高的灵敏度，不需要增益放大器。,积分：将速度转换成位移，,s,vdt,微分：速度转换成加速度，,a,dv/dt,磁电式传感器,量程,选择,3,2,1,前置,放大,微分,电路,积分,电路,主放大器,显,示,或,记,录,3,2,1,3,、测量电路,2023/9/617磁电式传感器是速度传感器，通常具有较高的,2024/8/30,18,(1),磁电式相对速度计,1-,顶杆,2,5-,弹簧片,3-,磁铁,4-,线圈,6-,引出线,7-,外壳,4,、应用,测量时，壳体固定在一个试件上，顶杆顶住另一试件，则线圈在磁场中运动速度就是两试件的相对速度。速度计的输出电压与两试件的相对速度成正比。相对式速度计可测量的最低频率接近于零。,2023/9/618(1) 磁电式相对速度计 1-顶杆,2024/8/30,19,(2),磁电式扭矩传感器,2023/9/619(2) 磁电式扭矩传感器,2024/8/30,20,在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘， 它们旁边装有相应的两个磁电传感器。,当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生变化，在线圈中感应出交流电压，其频率等于圆盘上齿数与转数乘积。,当扭矩作用在扭转轴上时，两个磁电传感器输出的感应电压,u,1,和,u,2,存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。这样传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号。,2023/9/620在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿,2024/8/30,21,二 霍尔式传感器,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。,2023/9/621二 霍尔式传感器1879年美国物理学家,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一致时，载流导体上垂直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,，半导体薄片称,霍尔元件,。,霍尔式传感器,一、霍尔传感器工作原理,霍尔器件是一种磁电传感器，其工作机理是,霍尔效应,。,霍尔效应 霍尔式传感器一、霍尔传感器工作原理 霍尔器,图,2.1,霍尔效应原理图,如图,2.1,所示，在垂直于外磁场,B,的方向上放置一导电板，导电板通以电流,I,，方向如图所示。,霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。,霍尔式传感器,图2.1 霍尔效应原理图 如图2.1所示，在垂直于外磁场B,导电板中的电流使金属中自由电子在电场作用下做定向运动。此时，每个电子受,洛伦兹力,f,l,的作用，,f,1,的大小为,f,l,=,eBv,式中：,e,电子电荷；,v,电子运动平均速度；,B,磁场的磁感应强度。,霍尔式传感器,导电板中的电流使金属中自由电子在电场作用下做定向运动,f,l,的方向如图,2.1,，此时电子除了沿电流反方向作定向运动外，还在,f,l,的作用下漂移，结果使金属导电板内侧面积累电子，而外侧面积累正电荷，从而形成了附加内电场,E,H,， 称,霍尔电场,。该电场强度为,式中, U,H,为电位差,b,为两点间沿电场线方向的距离。,霍尔式传感器,fl的方向如图2.1，此时电子除了沿电流反方向作定向,霍尔电场的出现，使定向运动的电子除了受洛伦兹力作用外，还受到霍尔电场力的作用，其力的大小为,eE,H,，此力阻止电荷继续积累。随着内、外侧面积累电荷的增加，霍尔电场增大，电子受到的霍尔电场力也增大，当电子所受洛伦兹力与霍尔电场作用力大小相等、方向相反，即,eE,H,=,eBv,E,H,=vB,此时电荷不再向两侧面积累，达到平衡状态。,霍尔式传感器,霍尔电场的出现，使定向运动的电子除了受洛伦兹力作用外,霍尔效应演示,当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片,c,、,d,方向的端面之间建立起霍尔电势,c,d,a,b,霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力,若薄片为,N,型半导体，导电板单位体积内载流子（电子）数为,n,，电子定向运动平均速度为,v,，则激励电流,I=n(-e)vbd,，即,代入上两式得,霍尔式传感器,若薄片为N型半导体，导电板单位体积内载流子（电子）数,式中令,R,H,=-1/ne,，称之为,霍尔常数,（反映霍尔效应强弱），,其大小取决于导体载流子密度,则,式中, K,H,=R,H,/d,称为,霍尔片的灵敏度,。,上述推导是针对,N,型半导体，对于,P,型半导体，则,式中：,霍尔式传感器,式中令RH=-1/ne，称之为霍尔常数（反映霍尔效应,对霍尔片材料的要求,希望有较大的霍尔系数,R,H,霍尔元件激励极间电阻,R=L/(bd),同时,R=U,I,/I=E,I,L/I=L/(nebd),其中,U,I,为加在霍尔元件两端的激励电压，,E,I,为霍尔元件激励极间内电场强度，,载流子的迁移率，即单位电场作用下载流子的运动速度，,=v/E,。,则,可见，霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔系数,R,H,成正比而与霍尔片厚度,d,成反比。,为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状,。,霍尔式传感器,对霍尔片材料的要求, 希望有较大的霍尔系数RH, 霍尔,由电阻率,1/ne,或,1/pe,，得,R,H,=,从,R,H,表达式可知，霍尔系数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率,的乘积。若要霍尔效应强，即霍尔电势大，则,R,H,值大，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。,霍尔式传感器,由电阻率1/ne或1/pe ，得RH=从RH表达,一般金属材料载流子迁移率很高,但电阻率很小,;,而绝缘材料电阻率极高,但载流子迁移率极低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此,N,型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件,。目前常用的霍尔元件材料有,:,锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。,霍尔式传感器,一般金属材料载流子迁移率很高, 但电阻率很小; 而绝,霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的，如图二,.2(a),所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线：,1,、,1,两根引线加激励电压或电流，称激励电极（控制电极）；,2,、,2,引线为霍尔输出引线，称霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装的。在电路中，霍尔元件一般可用两种符号表示，如图二,.2(b),所示。,二、霍尔元件的结构和基本电路,霍尔式传感器,图二,.2,霍尔元件,（,a,）外形结构示意图,H,A,B,C,D,B,C,D,A,（,b,）图形符号,霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组,霍尔元件的基本测量电路如图所示，激励电流由电压源供给，其大小可由可变电阻调节。,霍尔式传感器,霍尔元件的基本测量电路如图所示，激励电流由电压源供给，其大小,控制电流端并联,输出电势为：,2,倍,控制电流端串联,次级绕阻叠加输出,E,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,直流供电方式：,交流供电方式：,霍尔式传感器,控制电流端并联控制电流端串联E+-直流供,(1),额定激励电流和最大允许激励电流,额定激励电流：,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。,最大允许控制电流：,以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流值。,三、霍尔元件的主要特性参数,霍尔式传感器,(1) 额定激励电流和最大允许激励电流 三、霍尔元件的主要特,(2,） 输入电阻和输出电阻,输入电阻,：激励电极间的电阻值称为输入电阻。,输出电阻,：,输出霍尔电势电极间的电阻。,以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在,205,时所确定的。,霍尔式传感器,(2） 输入电阻和输出电阻 霍尔式传感器,(3,） 不等位电势和不等位电阻,当霍尔元件的激励电流为,I,时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称为,不等位电势,。如图二,.3,所示。,霍尔式传感器,图二,.3,不等位电势示意图,(3） 不等位电势和不等位电阻 霍尔式传感器图二.3,不等位电势也可用不等位电阻表示， 即,由式可以看出，不等位电势就是激励电流流经不等位电阻,r,0,所产生的电压。,霍尔式传感器,产生这一现象的原因有,：, 霍尔电极安装位置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；, 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。,不等位电势也可用不等位电阻表示， 即 由式可以看出，,(4,） 寄生直流电势（,霍尔元件零位误差的一部分,）,在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称为,寄生直流电势,。,寄生直流电势产生的原因有：, 激励电极、霍尔电极与霍尔元件接触不良， 造成整流效果；, 两个霍尔电极大小不对称，则两个电极点的热容不同， 散热状态不同而形成极间温差电势。,霍尔式传感器,(4） 寄生直流电势（霍尔元件零位误差的一部分） 寄生直流电,(5,） 霍尔电势温度系数,在一定磁感应强度和激励电流下，温度每变化,1,时，霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数。,对于霍尔元件中存在的误差必须进行补偿。,霍尔式传感器,(5） 霍尔电势温度系数 对于霍尔元件中存在的误差必须进行补,不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势，而实用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。,（,1,）工艺上保证电极对称，实现欧姆接触；,（,2,）电路补偿,四、霍尔元件误差及补偿,1.,不等位电势误差的补偿,霍尔式传感器,不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍,图二,.4,为霍尔元件的等效电路，其中,A,、,B,为霍尔电极，,C,、,D,为激励电极，电极分布电阻分别用,r,1,、,r,2,、,r,3,、,r,4,表示，把它们看作电桥的四个桥臂。,图二,.4,霍尔元件的等效电路,可以把霍尔元件视为一个,四臂电阻电桥,，不等位电势就相当于电桥的,初始不平衡输出电压,。,霍尔式传感器,图二.4为霍尔元件的等效电路，其中A、 B为霍尔电极,此时可根据,A,、,B,两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等位电势为零。几种补偿线路如图二,.5,所示。,图二,.5,不等位电势补偿电路,霍尔式传感器,此时可根据A、B两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并,2.,温度误差及其补偿,温度误差产生原因：,霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其中载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。,当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。,霍尔式传感器,2. 温度误差及其补偿温度误差产生原因： 霍尔式传感器,减小霍尔元件的温度误差,选用温度系数小的元件,采用恒温措施,采用电路补偿,霍尔式传感器,减小霍尔元件的温度误差 选用温度系数小的元件 霍尔式传感器,霍尔元件的灵敏系数,K,H,也是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成,K,H,=K,H0,(1,+,T),式中：,K,H0,温度,T,0,时的,K,H,值；,T,=,T-T,0,温度变化量；,霍尔电势温度系数。,恒流源温度补偿,霍尔式传感器,霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数，它随温度变化将,大多数霍尔元件的温度系数,是正值，它们的霍尔电势随温度升高而增加,T,倍。 但如果同时让激励电流,I,H,相应地减小， 并能保持,K,H,I,H,乘积不变，也就抵消了灵敏系数,K,H,增加的影响。,霍尔式传感器,大多数霍尔元件的温度系数是正值，它们的霍尔电势随温,图二,.6,就是按此思路设计的一个既简单，补偿效果又较好的补偿电路。电路中,Is,为恒流源，分流电阻,R,p,与霍尔元件的激励电极相并联。当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻,R,p,自动地增大分流，减小了霍尔元件的激励电流,I,H,，从而达到补偿的目的。,恒流源温度补偿电路,图二,.6,图二.6就是按此思路设计的一个既简单，补偿效果又较好的补偿电,在图二,.6,所示的温度补偿电路中，设初始温度为,T,0,，霍尔元件输入电阻为,R,i0,，灵敏系数为,K,H0,，温度补偿电阻为,R,p0,，根据分流概念得,当温度升至,T,时，电路中各参数变为,式中：,霍尔元件输入电阻温度系数；,分流电阻温度系数。,霍尔式传感器,在图二.6所示的温度补偿电路中，设初始温度为T0，霍,则,虽然温度升高了,T,，为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足温升前、后的霍尔电势不变，即,U,H0,=,U,H,，则,K,H0,I,H0,B,=,K,H,I,H,B,K,H0,I,H0,=,K,H,I,H,霍尔式传感器,则 虽然温度升高了T，为使霍尔电势不变，补偿电路必,经整理并略去,(,T,),2,高次项后得,当霍尔元件选定后，它的输入电阻,R,i0,和温度系数,及霍尔电势温度系数,是确定值。,由上式即可计算出分流电阻,R,p0,及所需的温度系数,值,。为了满足,R,p0,及,两个条件，分流电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联组合，这样虽然麻烦但效果很好。,霍尔式传感器,经整理并略去(T)2高次项后得 当霍尔元件选定,合理选择负载电阻,当温度为,T,时,RL,上的电压表示为：,当温度由,T,变成,T+,T,时，则,RL,上的电压变为,霍尔式传感器,合理选择负载电阻当温度为T时RL上的电压表示为：当温度由T变,要使,UL,不受温度变化影响，即,UL=0,，由上两式可知,整理得,:,霍尔式传感器,要使UL不受温度变化影响，即UL=0，由上两式可知,采用热敏元件,对于由温度系数大的半导体材料（,锑化铟,）制成的霍尔元件，常采用下图的温度补偿电路,在安装测量电路时，热敏元件最好和霍尔元件封装在一起或尽量靠近，以使二者温度变化一致。,霍尔式传感器,采用热敏元件 对于由温度系数大的半导体材料（锑化铟）制,2024/8/30,56,三、霍尔式传感器的应用,霍尔电势是关于,I,、,B,、,三个变量的函数，即,E,H,=,K,H,IB,cos,。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。,2023/9/656三、霍尔式传感器的应用,2024/8/30,57,（,1,）当,B,恒定，,U,H,与,I,呈线性关系,（,2,）当,I,恒定，,U,H,与,B,成正比,（,3,）当,I,恒定，元件在均匀梯度磁场中运动时,直接测量电流,能转换成电流的其它物理量,测量交、直流磁感应强度,可测量微位移，以及压力、加速度、振动等,（,4,）当,B,励磁电流,I,2,时，,U,H,KI,1,I,2,霍尔元件做成乘法器、乘方器、开方器、除法器,2023/9/657（1）当B恒定，UH与I呈线性关系（2）,2024/8/30,58,霍尔特斯拉计,霍尔元件,2023/9/658霍尔特斯拉计霍尔元件,2024/8/30,59,霍尔传感器用于测量磁场强度,霍尔元件,测量铁心 气隙的,B,值,2023/9/659霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件测量,2024/8/30,60,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,在位移测量中得到广泛应用。,霍尔式微位移传感器,2023/9/660 霍尔元件具有结构简单、体积小、动,2024/8/30,61,霍尔转速表,在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。,S,N,线性霍尔,磁铁,2023/9/661霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装,2024/8/30,62,霍尔转速表原理,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。,2023/9/662霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时,2024/8/30,63,霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（,ABS,）中的应用,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。,带有微型磁铁的霍尔传感器,钢质,霍尔,2023/9/663霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）,2024/8/30,64,霍尔转速表的安装方法,只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。,霍尔元件,磁铁,2023/9/664霍尔转速表的安装方法 只要黑色金,2024/8/30,65,输入轴,转盘,霍尔元件,磁铁,2023/9/665输入轴转盘霍尔元件磁铁,2024/8/30,66,输入轴,转盘,霍尔元件,磁铁,2023/9/666输入轴转盘霍尔元件磁铁,2024/8/30,67,输入轴,转盘,霍尔元件,磁铁,2023/9/667输入轴转盘霍尔元件磁铁,2024/8/30,68,输入轴,转盘,霍尔元件,磁铁,2023/9/668输入轴转盘霍尔元件磁铁,2024/8/30,69,霍尔无刷电机,2023/9/669霍尔无刷电机,2024/8/30,70,霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，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。,普通直流电动机使用的电刷和换向器,2023/9/670 霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷,2024/8/30,71,无刷电动机在电动自行车上的应用,电动自行车,可充电电池组,无刷电动机,2023/9/671无刷电动机在电动自行车上的应用电动自行车,2024/8/30,72,无刷电动机在电动自行车上的应用,无刷直流电动机的,外转子采用高性能钕铁硼稀土永磁材料；三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信号，控制逆变桥各功率管通断，,使三,相内定子线圈与外转子之间产生连续转矩，具有效率高、无火花、可靠性强等特点。,2023/9/672无刷电动机在电动自行车上的应用,2024/8/30,73,电动自行车的,无刷电动机及控制电路,去速度控制器,利用,PWM,调速,2023/9/673电动自行车的无刷电动机及控制电路去速度控,2024/8/30,74,光驱用的无刷电动机内部结构,2023/9/674光驱用的无刷电动机内部结构,2024/8/30,75,霍尔式接近开关,当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。,2023/9/675霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极,2024/8/30,76,霍尔式接近开关,用霍尔,IC,也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。,在右图中，当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔,IC,的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔,IC,）起到限位的作用。,2023/9/676霍尔式接近开关 用霍尔IC也能完,2024/8/30,77,霍尔式接近开关用于转速测量演示,软铁分流翼片,开关型霍尔,IC,T,n,=,60,f,4,(,r,/min),2023/9/677霍尔式接近开关用于转速测量演示软铁分流翼,2024/8/30,78,霍尔电流传感器,将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。,2023/9/678霍尔电流传感器 将被测电流的导线穿,2024/8/30,79,霍尔电流传感器演示,铁心,线性霍尔,IC,E,H,=,K,H,I,0,B,I,I,2023/9/679霍尔电流传感器演示铁心 线性霍尔IC E,2024/8/30,80,其他霍尔电流传感器,2023/9/680其他霍尔电流传感器,2024/8/30,81,其他霍尔电流传感器,2023/9/681其他霍尔电流传感器,2024/8/30,82,霍尔钳形电流表（交直流两用）,压舌,豁口,2023/9/682霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌豁口,2024/8/30,83,霍尔钳形电流表演示,直流,200A,量程,被测电流的导线未放入铁心时示值为零,70.9A,2023/9/683霍尔钳形电流表演示直流200A量程被测电,2024/8/30,84,钳形表的环形铁心可以张开， 导线由此穿过,霍尔钳形 电流表演示,2023/9/684钳形表的环形铁心可以张开， 导线由此穿过,2024/8/30,85,钳形表的环形铁心可以张开， 导线由此穿过,霍尔钳形 电流表演示,70.9A,2023/9/685钳形表的环形铁心可以张开， 导线由此穿过,2024/8/30,86,霍尔钳形电流表的使用,被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心,手指按下此处，将钳形表的铁心张开,将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中,2023/9/686霍尔钳形电流表的使用被测电流的导线从此处,2024/8/30,87,霍尔钳形电流表的使用,叉形,钳形表漏磁稍大，但使用方便,用,钳形表测量 电动机的相电流,2023/9/687霍尔钳形电流表的使用 叉形钳形表漏磁稍大,2024/8/30,88,霍尔式电流谐波分析仪,被测电流的谐波频谱,铁心的 开合缝隙,铁心的 杠杆压舌,2023/9/688霍尔式电流谐波分析仪 被测电流的谐波,2024/8/30,89,霍尔传感器,电流测量,2023/9/689霍尔传感器,2024/8/30,90,霍尔计数装置,2023/9/690霍尔计数装置,6,、自动供水装置,控制电路,自动供水装置可实现凭牌定量供水，具有节约用水而又卫生的优点，其结构如图所示。锅炉中的水由受控于控制电路的电磁阀控制水的流出与关闭。当用水者打开水时，将铁制的取水牌从投牌口投入，取水牌沿着由非磁性物质制作的滑槽向下滑行，当滑行到霍尔传感器位置时，传感器输出信号经控制电路驱动电磁阀打开，水龙头便放出开水，经一定延时之后，控制电路使电磁阀关闭，又恢复停止供水状态。,6、自动供水装置控制电路自动供水装置可实现凭牌定量供水，具有,霍尔式微压力传感器,被测压力使弹性波纹膜盒膨胀，带动杠杆向上移动，从而，使霍尔器件在磁路系统中运动，改变了霍尔器件感受的磁场大小及方向，引起霍尔电势的大小和极性的改变。由于波纹膜盒及霍尔器件的灵敏度很高，所以可用于测量微小压力的变化。,霍尔式微压力传感器 被测压力使弹性波纹膜盒膨胀，带动杠杆向上,2024/8/30,93,结束,2023/9/693结束,