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1、適用的測速 傳感器較多 帶銷、微型電機 速度測量概述 1、轉(zhuǎn)速測量中主要考慮的問題 1）被測物體運動的速度范圍 超低速(0?10?2.00r/min) 低速(0.5 ?500r/min) 中高速(2O~2OOOOr/min) (500?200000r/min) 超高速(500?600000r/min) (0.10 ?600000r/min) 2）被測物體可測點幾何形狀 例：光軸、齒輪、葉片、帶孔、帶槽、 3）環(huán)境條件 4）動態(tài)/靜態(tài)時的顯示、記錄、控制 5）誤差、響應(yīng)時間、輸出控制形式 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、轉(zhuǎn)速測量的分類及實現(xiàn)方案 根據(jù)傳感器安裝方

2、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)對象 檢測距罔(mm) 應(yīng)用場合 磁敏傳感器 0?10 鐵、電工鋼 0.5 ?1.5 速度、位移 磁電傳感器 50?5000 電工鋼 0.5-1 速度 霍爾傳感器 0~10 磁鐵 1~5 速度、位移 光電傳感器 0-10 自然光、紅外 光 1-15 速度、位移 接近開關(guān) 0 ?200Hz 代感:4 彳娛理■連.畬矗晞僞些 1?5 ———— 速度、位移  3、轉(zhuǎn)速測量電路 1)轉(zhuǎn)速測量儀的基本組成

3、: 傳感器及 覦電塔 信號處 理電路 顯杉 電路 單位r/min r/s 頻率-> 轉(zhuǎn)速 N=f/分頻數(shù) 電源 4、轉(zhuǎn)速傳感器的選擇原則 2)轉(zhuǎn)速測量基本方法 頻率T電壓轉(zhuǎn)換(f/V) 廿 定數(shù)采樣：這種方法其實是測量單個脈沖的周期 或指定個數(shù)脈沖的總周期。這種測量脈沖的方法 又叫做測周法。 定時采樣。這種方法其實是測量單位時間的脈沖 個數(shù)。這種測量脈沖的方法又叫做測頻法。 ①測量環(huán)境 ④價格 黑需割器原i勰I器磁電霍爾 一、霍爾效應(yīng)和霍爾元件的工作原理* 1、 霍爾效應(yīng) 在半導體薄片中通 以電流I,在與薄片垂直 方向加

4、磁場B,則在半 導體薄片的另外兩端， 產(chǎn)生一個大小與控制電 流I和B乘積成正比的電 動勢，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。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 No Image 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、霍爾電勢 單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流作用時，所 能輸出的霍爾電勢的大小。單位是mV/ (mA① 霍爾電壓％為： 器慕我導體單位初 心“咕KJB 口寫牛靈敏度 ,KH = 1/ned 意義：與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)

5、，決 定霍爾電勢的強弱。 霍耳器件薄膜化是提高靈敏度的一個途徑。 若磁感應(yīng)強度B的方向與霍爾元件的平面法線夾 角為0時，霍耳電勢應(yīng)為： VH = Kh1 B cos〃 霍爾器件符號 —般為 4mmX2mmX0.1mm rn A B %色— H 一 1 — 導線 D A 綠色 導線 紅色 導線 導線 As B:電極端，稱為元件電流端、控制電流端或 輸入電流端。 C、D:霍耳輸出端，稱為霍爾端或輸出端。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 材料及結(jié)構(gòu)特點 霍爾元件一般采用具有N型的豬、錦化鈿和碑化 八、、 錮等半導體單晶材料制成。 1

6、 ?舖化錮元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。 2■錯元件的輸出雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。 11 3■確化鈿元件的輸出信號沒有錦化鈿元件大，但是受溫 度的型鰹b錦化鈿的要小，而且線性度也較好。 采用確化鋼為霍爾元件的材料得到普遍應(yīng)用。 材料：錯*;硅、確化鐐、確化錮、舖化錮# 濺射工藝制作的 錦化鈕霍爾元件  霍爾元件的主要特性參數(shù): O(i)輸入電阻和輸出電阻 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 O (2)額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在 空氣中產(chǎn)生10C溫升時，對應(yīng)的控制電流值 最大

7、允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對 應(yīng)的控制電流值 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 (3)不等位電勢U。和不等位電阻廠。 O不等位電勢：當霍爾元件的控制電流為額定值時， 若元件所處位置的磁感應(yīng)強度為零，測得的空載霍 爾電勢。 O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 2 1 1 1 1 1 1 r 1 1 0 1 1 1 1 2* 霍爾元件的主要技術(shù)指標 型號 材料 控制 電流 (mA) 霍爾 電壓 (mV, 輸入 電阻 (Q) 輸出 電阻 (Q) 靈敏度 (mV/m A.T) 等電有V)

8、 不位勢(m 溫系知 VH度如丿 EA218 InAs 100 > 8.5 3 1.5 > 0.35 <0.5 0. 1 FA24 InAsP 100 > 13 6.5 2.4 >0.75 <1 0.07 VHG-110 GaAs 5 5 -10 200-800 200-800 30-220 〈"的 20% -0.05 AG1 Ge 20max > 5 40 30 >2.5 -0.02 MF07FZZ InSb 10 40-290 8-60 8-65 一 10 -2 MF19FZZ InSb

9、 10 80-600 8-60 8-65 一 + 10 -2 MH07FZZ InSb IV 80-120 80-400 80-430 10 -0.3 MH19FZZ InSb IV 150-250 80-400 80-430 + 10 -0.3 KH-400A InSb 5 250-550 240-550 50-110 50-1100 10 <-0.3 特點: (1) 測量磁物理量、電量及其它物

10、理量 (2) 實現(xiàn)乘法運算，構(gòu)成各種非線性運算部件 (3) 輸出信號的信噪比大 頻率范 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 JL 1 W1 —| W2 2、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 Uh B B 感器磁電霍爾 交流供電方式： 控制電流端串聯(lián) 次級繞阻疊加輸岀 A 2 Rr 7?4 7?3 1-1 5/

11、1 3、霍爾電勢的輸出電路 四端器件 輸出電勢：mV量級 線性應(yīng)用：比例放大器 線性度好、低噪聲放大器 R\ Ri 7?4 開關(guān)應(yīng)用：射極跟隨器 靈敏度高：一般放大器 1-15/ T 竣電霍爾 五、霍爾元件的測量誤差及補償方法 半導體固有特性 溫度誤差 半導體制造工藝缺陷 零位誤差 Is零位誤差及補償 A、B同一等位面：Uo = Os電橋平衡 B非同一等位面: 電橋不平衡 電橋補償原理：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾

12、 3 w 集成整爾元件 可分為線性型和開關(guān)型兩大類 六、霍爾開關(guān)集成傳感器 磁敏傳感器器磁電霍爾 K結(jié)構(gòu)及工作原理 材料：硅 工藝：硅平面工藝 比二霍爾元件 提高靈敏度 N型硅外延層很薄 集成工藝 放大 整形 穩(wěn)壓 VT 地 輸出3 工作原理: 有磁場：VH,放大，整形： > 開啟閾值，高電平 VT導通，具有吸收電流的負載能力 開狀態(tài) 磁場減弱

13、：Vh減小，放大，整形：v關(guān)閉閾值， 翻癘器備嶷器y旗止 關(guān)狀態(tài) 2、工作特性 屁0＞，髙T低，開狀態(tài) 與低T髙，關(guān)狀態(tài) Bop 工作點“開” Brp——釋放點“關(guān)” Bh一磁滯 12 ON 10 1 8 I 6 4 .OFF 2 r 0 B (T) Brp Bh Bop 傳感器原刃歹”形感器磁電霍爾 應(yīng)用電路 3、接口電路 傳感器原刃歹”形感器磁電霍爾 應(yīng)用電路

14、 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 磁場施加方式 ?磁鐵軸心接近式 兩軸心方向重合 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 ⑵磁鐵側(cè)向滑近式 兩平面距離不變， 磁鐵軸線與傳感器 憾電霍爾 平面垂直 4、 (1: 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 ⑶ 采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強度

15、 六、翟爾線性集成傳感器 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、失調(diào)調(diào)整、線性度調(diào)整 單端輸岀：SI!她理度傳感器磁電霍雙端輸出：SL3501M 2、主要技術(shù)特性 磁感八H弓雖應(yīng)（巧 SL3501M輸岀特性曲線 霍爾線性集成傳感器的技術(shù)參數(shù) SL3501T輸出特性曲線 七、霍爾傳感器的應(yīng)用 1、霍爾位移傳 磁場梯度越大，靈敏度越高

16、 測量范 ■巳 :傳竽程吃巒腦 ,輸出線性越好 2、磁感應(yīng)強度測量儀 Wk RP、 l-i ―} RP 2 200 K—=h Ri 100必 Ci lOOOp R\ 1^47 ^147 q 8 7 6 5 S厶 3501 M 1 3 4 SL3501M : 霍爾線性集成傳感器 RPi：調(diào)整表頭量程 RP2：調(diào)零 C1：低通濾波 測量上限：0.3 T 4、轉(zhuǎn)速測量 永磁體安裝在軸端 永磁體安裝在軸側(cè) Vh

17、 轉(zhuǎn)角Z C 傳感器磁電霍爾 (1)導線旁測法 簡單、測量精度差、 受外界干擾大 H/c 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：檢測通電導線周圍的磁場 (2)導線貫穿磁芯法 環(huán)形鐵芯集中磁力線, 居磁電摞高電流測量精度 7、自動憑票供水裝置 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾式傳感器的應(yīng)用實例

18、磁力線 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾轉(zhuǎn)速測量 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾元件 (field direction 個 W5CA.C: tropictR(O-1QQ Of Wdp- 100 Jwofc/www) OXTW: FW TO ? 3 KKTOM

19、 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 U = KBIsin0 1 皐： ( ) ) ) )/U \ / f / /I 霍爾傳感器 霍爾_角位移測量 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 霍爾鉗形電流表的使用 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 實驗探究1 ?尊閉合電路中有感應(yīng)電流,電路中就一定有電動 ?演示實驗并播放動畫 ?畫出等

20、效電路圖  實驗探究2 - 在向線圈中插入條形磁鐵的實驗中, 磁鐵的磁場越強、插入的速度越快, 產(chǎn)生的感應(yīng)電流就越大。 -實驗:電磁感應(yīng)插磁鐵 H 實驗探究3: 一、磁電感應(yīng)式傳感器工作原理 導體在穩(wěn)恒均勻磁場中運動 dl dt B：穩(wěn)恒均勻磁場磁感應(yīng)強度; L ■導體有效長度； V：導體相對磁場運動速度 N匝線圈處于變化的磁場中 e=-N 債0 dt 兩種磁電式傳感器結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 1、變磁通式 開磁路變磁通式：結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因 高

21、速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速的場合。 變鐵通感應(yīng)式 € 7 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 閉磁路變磁通式：感應(yīng)電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、恒定磁通式 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 2、恒定磁通式 Bo：工作氣隙磁感應(yīng)強度; /：每匝線圈平均長度； N:線圈在工作氣隙磁場 中的匝數(shù)； v：相對運動速度。 傳感器原】 2 3 4 ?????■ ??〃■?::■:* ?■■■????#???- ? — II 11■* 幌■?■???■ U- 二WM 動鐵式磁【

22、山感曲傳感器 金屈竹架2彈航3線圈4永久滋烘5亢體 二、磁電感應(yīng)式傳感器基本特性 一 b 一 ———J 傳感器 E _B!N\ — 2耳—貳比 R*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 」 S』 BJN 7?+的 V 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 輸出電壓和電壓靈敏度分別為 T 7 B]N耳 尺+的 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 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B； 增加/和M但它們受到體積和重量、 內(nèi)瞬 1釉鍛卻級醸，要保證線 圈始終在均勻磁場內(nèi)運動。 傳感器原理速度傳感器磁電霍爾 三、磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路 磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電動勢，且 傳感器通常具有較高的靈敏度，不需要高增 益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器， 若要獲取被測焦I惑加麟信號，則需要配 用積分或微分電路。