傳感器原理-速度傳感器(磁電霍爾)

速度測量概述1、轉(zhuǎn)速測量中主要考慮的問題1）被測物體運(yùn)動(dòng)的速度范圍高速(5OO2OOOOOr/min) 超高速(500600000r/min) 全速(0.10600000r/mir)適用的測速 傳感器較多超低速（0.102.00r/min） 低速（0.5500r/min）2）被測物體可測點(diǎn)幾何形狀帶銷、微型電機(jī)例：光軸、齒輪、葉片、帶孔、帶槽、3）壞境條件4）動(dòng)態(tài)/靜態(tài)時(shí)的顯示、記錄、控制5）誤差、響應(yīng)時(shí)間、輸出控制形式2、轉(zhuǎn)速測量的分類及實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)傳感器安裝方式: 1接觸式2非接觸式根據(jù)傳感器不同:1磁電2光電3霍爾4磁敏傳感器測量范圍(kHz)感應(yīng)對(duì)象檢測距離(mm)應(yīng)用場合磁敏傳感器010鐵、電工鋼0.51.5速度、位移磁電傳感器505000電工鋼0.5-1速度霍爾傳感器010磁鐵15速度、位移光電傳感器010自然光、紅外115速度、位移光接近開關(guān)0-200HZ金屬15速度、位移3、轉(zhuǎn)速測量電路1）轉(zhuǎn)速測量儀的基木組成:頻率T轉(zhuǎn)速N=f/分頻數(shù)單位r/minr/s 4、轉(zhuǎn)速傳感器的選擇原則定數(shù)釆樣：這種方法其實(shí)是測量單個(gè)脈沖的周期 或指能個(gè)數(shù)脈沖的總周期。這種測量脈沖的方法 又叫做測周法。定時(shí)釆樣。這種方法其實(shí)是測量單位時(shí)間的脈沖 個(gè)數(shù)。這種測量脈沖的方法又叫做測頻法。 測量環(huán)境價(jià)格 測量范圍可靠性系統(tǒng)功耗霍爾效應(yīng)和霍爾元件的工作原理1、霍爾效應(yīng)在半導(dǎo)體薄片中通以電流I,在與薄片垂直方向加磁場B,則在半導(dǎo)體薄片的另外兩端， 盤生一個(gè)大小與控渝電流I和B乘積成正比的電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為霍 爾效應(yīng)。該電勢稱為霍 爾電勢，該薄片稱為霍爾元件。2、霍爾電勢單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所 能輸出的霍爾電勢的大小。單位是mV/ (inA-T) 式中n半導(dǎo)體單位體 積中的載流子數(shù) e電子電量KH霍爾元件靈敏度,KH=1/ned意義：與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，決 定霍爾電勢的強(qiáng)弱?；舳骷∧せ翘岣哽`敏度的一個(gè)途徑。若磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與霍爾元件的平面法線夾 角為e時(shí)，霍耳電勢應(yīng)為：K = K“IB cos"霍爾器件符號(hào)般為 4 mmX2mmX0. 1mmC綠色 導(dǎo)線輸入電流端。C、D：霍耳輸出端，稱為或輸出端。二.材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)霍爾元件一般采用具有N型的錯(cuò)、磔化錮和碑化 鋼等半導(dǎo)體單晶材料制成。Aigg1 僦化鋼元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。2儲(chǔ)元件的輸出雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。3碑化鋼元件的輸出信號(hào)沒有錚化鋼元件大，但是受溫 度的影響卻比僦化鋼的要小，而且線性度也較好。采用碑化鋼為霍爾元件的材料得到普遍應(yīng)用材料：錯(cuò)/硅、碑化彖 碑化鋼、舖化錮/霍爾元件的主要特性參數(shù): (1)輸入電阻和輸岀電阻輸入電阻：控制電極間的電阻輸出電阻：霍爾電極之間的電阻(2)額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在 空氣中產(chǎn)生10C溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制電流值最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對(duì) 應(yīng)的控制電流值(3)不等位電勢q和不等位電阻廠。不等位電勢：當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)， 若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測得的空載霍 爾電勢。不等位電勢是由霍爾電極2和之間的電阻決定的,r 稱不等位電阻022*霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)材料控制 電流 (mA)電壓 (mV, D.1T)輸入 電阻(Q)輸出 電阻 (Q)靈敏度(mV/mA.T)篇?jiǎng)?mV)溫系沏 VH度姒丿EA218InAs100>8.531.5> 0.35<0.50.1FA24InAsP100> 136.52.4>0.75<10.07VHG-110GaAs55 -10200-800200-80030-2205的20%-0.05AG1Ge20max> 54030>2.5-0.02MF07FZZInSb1040-2908-608-65土 10-2MF19FZZInSb1080-6008-608-65-10-2MH07FZZInSbIV80-12080-40080-43010-0.3MH19FZZInSbIV150-25080-40080-430土 10-0. 3KH-400AInSb5250-550240-55050-11050-110010<-0.3特點(diǎn):(1)測量磁物理量、電量及其它物理量(2)實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，構(gòu)成各種非線性運(yùn)算部件(3)輸出信號(hào)的信噪比大 (4)頻率范圍寬：直流數(shù)百千赫茲(5) 體積小、重量輕(6) 穩(wěn)定性好*壽命長四、霍爾元件連接方式和輸出電路1、基本測量電路UhJhIB0C IB QC I cc B2、霍爾元件連接方式直流供電方式:控制電流端并聯(lián)輸出電勢為：2倍X交流供電方式:控制電流端串聯(lián) 次級(jí)繞阻疊加輸出X3、霍爾電勢的輸出電路四端器件輸出電勢：mV量級(jí)線性應(yīng)用：比例放大器線性度好、低噪聲放大器p+15VRiT-15V 工RiRiRi1+ 15VRiII-15V開關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器靈敏度高：一般放大器五,II久元件的測量誤差及補(bǔ)償方法半導(dǎo)體固有特性溫度誤差半導(dǎo)體制造工藝缺陷零位誤差1、零位誤差及補(bǔ)償A、B同一等位面：Uo = O電橋平衡A、B非同一等位面：Uo#O、電橋不平衡 電橋補(bǔ)償原理：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻wt/ cy c 廠J 、1F-1wZ-Z?4mr/I4-Zc xch4L wIoR號(hào)" /3oZ7rw集成霍爾元件可分為線性 和開關(guān)型兩大類1、結(jié)構(gòu)及工作原理材料：硅工藝:硅平面工藝提高靈敏度N型硅外延層很薄集成工藝有磁場：VH,放大,工作原理:整形： > 開啟閾值，高電平VT導(dǎo)通，具有吸收電流的負(fù)載能力磁場減弱：Vh減小，放大，整形：v關(guān)閉閾值,翻轉(zhuǎn)，低電平，VT截止2、工作特性B > Bop高T低，開狀態(tài)B<Brp低t高，關(guān)狀態(tài)Bop工作點(diǎn)“開”Brp釋放點(diǎn)“關(guān)”Bh磁滯12VOUT (V)ON10I816420III1 1.B(DBriBhBop3、接口電路應(yīng)用電路外形o Vcco Vcc Vc PoVccoVccRlTRlo VccRl4、磁場施加方式(1)磁鐵軸心接近式兩軸心方向重合(2)磁鐵側(cè)向滑近式兩平面距離不變， 磁鐵軸線與傳感器 平面垂直（3）采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度S處30兔方I霍爾線性集成傳感器1、結(jié)構(gòu)及工作原理輸出電壓與外加磁場強(qiáng)度呈線性比例關(guān)系 構(gòu)成：霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓、電流放大輸出級(jí)、失調(diào)調(diào)整、線性度調(diào)整單端輸出：SL3501T雙端輸出：SL3501M2、主要技術(shù)特性SL3501T輸出特性曲線SL3501M輸出特性曲線霍爾線性集成傳感器的技術(shù)參數(shù)型號(hào)電源電壓(V)輸出電壓(V)靈敏度(mV/mA.T)帶寬 (kHz)工作溫度 ()SL3501T8-1225-53500 - 7000250-70SL3501M8-163.6700- 1400250-70匕 霍久傳感器的應(yīng)用1、霍爾位移傳感器磁場梯度越大，靈敏度越高、磁場梯度越均勻，輸出線性越好測量范圍：12 mm2、磁感應(yīng)強(qiáng)度測量儀RPil RP2SL3501M :霍爾線性集成傳感器CiSL3501M調(diào)整表頭量程調(diào)零低通濾波3、直流功率測量儀Ic = KI B = KuVVh = KhIB= KhKxKiIV=KP測量上限：0.3 T4、轉(zhuǎn)速測量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側(cè)5、測量電流測量大直流電流（10kA）：電阻器分流霍爾元件測量電流：檢測通電導(dǎo)線周圍的磁場6、測量表面覆蓋層厚度非磁性涂層-5V私350：5K7、自動(dòng)憑票供水裝置霍爾式傳感器的應(yīng)用實(shí)例磁力線霍爾轉(zhuǎn)速測量(Ae-d direction(fie-d direction->J->MbMbHZEOfTSCTOfTSCTB3MAXMAXcsto0F.-nKmQCX035KmQCXOFPserSRXSRXMAXMAXiiMFLOAUSS METERMFLOAUSS METER關(guān)為菇駕酋it (刖駕it)U-KBIsinQ霍爾一角位移測量表的使用用 電動(dòng)HI /實(shí)驗(yàn)探究1若閉合電路中有感應(yīng)電流,電路中就一定有電動(dòng) 勢.演示實(shí)驗(yàn)并播放動(dòng)畫畫出等效電路圖實(shí)驗(yàn)探究2 在向線圈中插入條形磁鐵的實(shí)驗(yàn)中, 磁鐵的磁場越強(qiáng)、插入的速度越快, 矜生的感血電流就越大。實(shí)驗(yàn):電磁感應(yīng)插磁鐵實(shí)驗(yàn)探究3:-、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場中運(yùn)動(dòng)穩(wěn)恒均勻磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度; L：導(dǎo)體有效長度； V：導(dǎo)體相對(duì)磁場運(yùn)動(dòng)速度。N匝線圈處于變化的磁場中兩種磁電式傳感器結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式。1、變磁通式高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測量高轉(zhuǎn)速的場合。變鐵通感應(yīng)式2、恒定磁通式閉磁路變磁通式:2、恒定磁通式動(dòng)趾彎需針乍原理動(dòng)騒式瞽翳譬工作原理2、恒定磁通式2N 第 _ 幌.動(dòng)鐵式磁IL1感傳感器金詼刃架2 fOVM 3線圈4永久逼鐵5光悴Bo：工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度; /:每匝線圈平均長度；N：線圈在工作氣隙磁場 中的匝數(shù)；V：相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。1、磁電感應(yīng)式傳感器基本特性心測量電路輸入電阻;R：線圈等效電阻。傳感器的電流靈敏度為R+Rf輸出電壓和電壓靈敏度分別為提高靈敏度方法:選用具有磁能積較大的永久磁鐵；盡量小的氣隙長度，以提高氣隙磁通 密度為了保證4專感器W出的線性歧,要保證線 圈始終在均勻磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)。1、磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路微分刪域大器r 11傳感器通常具有較高的靈敏省，不需要高增滋電式傳感J *2hH1:ilul應(yīng)電1 &Magi益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器， 若要獲取被測位移或加速度信號(hào)，則需要配 用積分或微分電路O四、磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用動(dòng)圈式振動(dòng)速度傳感器