传感器原理-速度传感器(磁电霍尔)

速度测量概述1、转速测量中主要考虑的问题 1)被测物体运动的速度范围 超低速(0.10~2.00r/min) 低速(0.5~500r/min) 中高速(20~20000r/min) 高速(500~200000r/min) 超高速(500~600000r/min) 全速(0.10~600000r/min) 2)被测物体可测点几何形状 例：光轴、齿轮、叶片、带孔、带槽、带销、微型电机 3)环境条件 4)动态/静态时的显示、记录、控制 5)误差、响应时间、输出控制形式 适用的测速 传感器较多

2、转速测量的分类及实现方案 根据传感器不同： 根据传感器安装方式： 1磁电 1接触式 2光电 2非接触式 3霍尔 4磁敏 传感器 磁敏传感器 磁电传感器 霍尔传感器 光电传感器 接近开关 测量范围(kHz) 0~10 50~5000 0~10 0~10 0~200Hz 感应对象 铁、电工钢 电工钢 磁铁 自然光、红外 光 金属 检测距离(mm) 0.5~1.5 0.5~1 1~5 1~15 1~5 应用场合 速度、位移 速度 速度、位移 速度、位移 速度、位移

3、转速测量电路

1)转速测量仪的基本组成：

2)转速测量基本方法 频率→电压转换(f/V)

频率→转速 N=f/分频数

单位r/min r/s

定数采样：这种方法其实是测量单个脉冲的周期 或指定个数脉冲的总周期。这种测量脉冲的方法 又叫做测周法。 定时采样。这种方法其实是测量单位时间的脉冲 个数。这种测量脉冲的方法又叫做测频法。 4、转速传感器的选择原则 ①测量环境 ②测量范围 ③系统功耗 ④价格 ⑤可靠性

一、霍尔效应和霍尔元件的工作原理1、霍尔效应 在半导体薄片中通 以电流I,在与薄片垂直 方 向加 磁 场 B , 则 在半 导体薄片的另外两端， 产生一个大小与控制电 流I和B乘积成正比的电 动势，这种现象称为霍 尔效应。该电势称为霍 尔电势，该薄片称为霍 尔元件。

2、霍尔电势 单位磁感应强度和单位控制电流作用时，所 能输出的霍尔电势的大小。单位是mV/(mA· T) 式中 n ——半导体单位体 霍尔电压UH为： 积中的载流子数IB U H= K H IB ned

UH= KH I B

e ——电子电量 KH——霍尔元件灵敏度 ，KH=1/ned

意义：与材料的物理性质和几何尺寸有关，决 定霍尔电势的强弱。 霍耳器件薄膜化是提高灵敏度的一个途径。 若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹 角为θ 时，霍耳电势应为： VH= KH I B cosθ

霍尔器件符号C 绿色

一般为4mm×2mm×0.1mmC A B H A C

导线AB

B

红色 导线D

红色 导线D

绿色 导线 A、B:电极端，称为元件电流端、控制电流端或 输入电流端。 C、D:霍耳输出端，称为霍尔端或输出端。

D

二.材料及结构特点 霍尔元件一般采用具有N型的锗、锑化铟和砷化 铟等半导体单晶材料制成。 特点

1.锑化铟元件的输出较大，但受温度的影响也

较大。 2.锗元件的输出虽小，但它的温度性能和线性度却比较好。 3.砷化铟元件的输出信号没有锑化铟元件大，但是受温 度的影响却比锑化铟的要小，而且线性度也较好。

小结采用砷化铟为霍尔元件的材料得到普遍应用。

材料：锗 、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟灵敏度低、温度 特性及线性度好 灵敏度最高、 受温度影响大

溅射工艺制作的 锑化铟霍尔元件输出1 输入1 霍尔元件

磁性顶端 输入2 输出2

衬底

引线

霍尔元件的主要特性参数：(1) 输入电阻和输出电阻输入电阻：控制电极间的电阻 输出电阻：霍尔电极之间的电阻 (2) 额定控制电流和最大允许控制电流额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值 最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值

(3) 不等位电势Uo和不等位电阻ro 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时， 若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍 尔电势。 不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻

霍尔元件的主要技术指标控制 电流 (mA)100 100 5 20max 10 10 1V 1V 5

型号EA218 FA24 VHG-110 AG1 MF07FZZ MF19FZZ MH07FZZ MH19FZZ KH-400A

材料

霍尔 电压 (mV, 0.1T)> 8.5 > 13

输入 电阻 (Ω )3 6.5

输出 电阻 (Ω )1.5 2.4

不等 灵敏度 位电 (mV/m 势 A.T) (mV)> 0.35 >0.75 <0.5 <1 <V H 的 20% _ ±10 ±10 ±10 ±10 10

VH 温 度 系 数(%/ ℃)0.1 0.07 -0.05 -0.02 -2 -2 -0.3 -0.3 <-0.3

InAs InAsP GaAs Ge InSb InSb InSb InSb InSb

5 -10 200-800 200-800 30-220 > 5 40-290 80-600 80-120 40 8-60 8-60 80-400 30 8-65 8-65 80-430 80-430 >2.5 _ _ _ _

150-250 80-400

250-550 240-550 50-110 50-1100

特点： (1)测量磁物理量、电量及其它物理量

(2)实现乘法运算，构成各种非线性运算部件 (3)输出信号的信噪比大 (4)频率范围宽：直流 ~ 数百千赫兹 (5)体积小、重量轻 (6)稳定性好、寿命长

四、霍尔元件连接方式和输出电路1、基本测量电路I BW

RL

UH kHIB

UH

IB I B

E

2、霍尔元件连接方式 直流供电方式： 控制电流端并联W1 W2+ + + + + + + + + +

IE-

输出电势为：2倍

AUH

BIB

交流供电方式：

~UH

控制电流端串联次级绕阻叠加输出

3、霍尔电势的输出电路 四端器件 输出电势：mV量级 线性应用：比例放大器 线性度好、低噪声放大器

15V

15V 15V

开关应用：射极跟随器灵敏度高：一般放大器

15V

五、霍尔元 …… 此处隐藏：693字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……