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足球彩票传感器与检测技术(演示版教材)

发布日期:2020-10-05 11:39

  传感器与检测技术(演示版教材)_电子/电路_工程科技_专业资料。同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系 传感器与检测技术 主讲教师:苏永清 1 电子与信息工程学院控制科学与工程系 物理现象观察 霍尔效应 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信

  同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系 传感器与检测技术 主讲教师:苏永清 1 电子与信息工程学院控制科学与工程系 物理现象观察 霍尔效应 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信息工程学院控制科学与工程系 第8章 霍尔传感器 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种 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。 霍尔元件是一 种四端元件 电子与信息工程学院控制科学与工程系 定向运动的电子除受到洛仑兹力外,还受到霍尔电场的作用, 当fl=fE时,达到平衡,此时 B b fE fL v I E ?? FL ? eV ? B FE ? eEH ? e?UH b evB ? e U H b ? U H ? bvB I I ? ?nevbd ? v ? ? nebd d H IB IB U H ? ? ned ? RH ? d ? kH IB RH ?? 1 ne 霍尔系数,材料确定后为常数 kH ? RH d 灵敏度系数 对于导体,霍尔系数一般较小,故霍耳元件一般 用半导体制作,且愈小(薄),灵敏度愈高 电子与信息工程学院控制科学与工程系 霍尔元件基本结构 由霍尔片、引线和壳体组成, 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′两根引线加激励电压或电流,称为激励电极;2、2′引线 为霍尔输出引线,称为霍尔电极。 霍尔元件壳体由非导磁金 属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电路中霍尔元件可用两种 符号表示。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 基本电路 ? RW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。 ? 霍尔效应建立的时间极短(10-12~10-14S),I即可以是直 流,也可以是交流。 ? 若被测物理量是I、B或者IB乘积的函数,通过测量霍尔电 势UH就可知道被测量的大小。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 二、元件特性及其补偿 (1)UH-I特性 UH ? IB ned ? kH IB ? kI ? dU H dI B?c ? kH B 分析: 1.UH-I特性曲线.kI-kH成正比∴ kI∝1/d,∴kI大 的元件,d小,不能通过较大电 流,UH∝I不一定高, 电子与信息工程学院控制科学与工程系 (2)UH-B特性 kB ? UH (B) U H (B0 ) ? 当控制电流恒定时,霍尔元件的 输出随B增加并不完全是线T时, UH-B才呈较好 线型元件线性度高 。 ? 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 而输出附加霍尔电势,因此霍尔 元件只能在几千Hz频率的交变磁 场内工作。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 2、性能补偿 (1)温度补偿 ? 霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它们的 许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、足球彩票,迁移率、电阻率及霍尔 系数都将发生变化, 从而使霍尔元件产生温度误 差。 1)采用恒温措施 电子与信息工程学院控制科学与工程系 2)UH=KHIB:采用恒流源供电, 可以使霍尔电势稳 定(减小由于输入电阻R随温度t变化而引起的激励 电流I变化所带来的影响。) 电子与信息工程学院控制科学与工程系 3)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,使它们温度变化一致。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 (2)不等位电势补偿 ? 当霍尔元件B=0,I≠0,UH=U0≠0。 ? 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 ? 产生这一现象的原因有: ① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ② 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; 两电极电不在同一等电位面上 等电位面歪斜 电子与信息工程学院控制科学与工程系 ? 不等位电势补偿的方法 ? 理想情况下, R1=R2=R3=R4, U0=0 ? 由于不等位电阻的存在,说明此四个电阻值不相等, 则 电桥不平衡。为使其达到平衡,可在阻值较大的桥臂 上并联电阻,或在两个桥臂上同时并联电阻。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 四、霍尔传感器的应用 霍尔电势是关于I、B、? 三个变量的 函数,即 EH=KHIBcos? 。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 。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 1、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。 f = np N = npt ?n = N / pt 线 NS 磁铁 电子与信息工程学院控制科学与工程系 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。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 霍尔转速传感器在汽车防抱死装置(ABS) 中的应用 带有微 型磁铁 霍尔 的霍尔 传感器 钢质 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。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 另一种转速测量安装方法 ? 磁性转盘的输入轴与被测转轴相连, 当被测转轴转动时, 磁 性转盘随之转动, 固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可 在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲, 检测出单位 时间的脉冲数, 便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目 的多少决定了传感器测量转速的分辨率。 f ? np 计数值N N ? npt ? n ? N pt 电子与信息工程学院控制科学与工程系 5、霍尔式无刷电动机 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 电子与信息工程学院控制科学与工程系 无刷电动机在电动自行车上的应用 电动自行车 无刷电动机 可充电电池组 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。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 光驱用的无刷电动机内部结构 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信息工程学院控制科学与工程系 电子与信息工程学院控制科学与工程系