1、项目项目12 霍尔式位移传感器的安装与调试霍尔式位移传感器的安装与调试项目描述项目描述 本项目安装并测试一台霍尔式测速传感器。 霍尔传感器是一种磁敏传感器，它是把磁学物理量转换成电信号的装置，广泛应用于自动控制、信息传递、电磁测量、生物医学等各个领域。它的最大特点是非接触测量。 知识和能力目标；知识和能力目标； 掌握霍尔效应、磁阻效应原理。 熟悉集成霍尔传感器的特性及应用。 霍尔元件主要参数及误差补偿措施。 能分析由霍尔式传感器组成检测系统的工作原理，熟练应用霍尔式传感器对磁场、位移、压力等物理量的测量。知识准备知识准备一、一、 熟悉霍尔效应及霍尔元件熟悉霍尔效应及霍尔元件 1. 霍尔效应霍尔
2、效应 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直与薄片）中，如图7-2所示，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH,这种物理现象成为霍尔效应。该电势UH称霍尔电势。UH =IBdRH=KH IB UH= = 如果磁场与薄片法线夹角为 那么UH= KH IBcos 常用国产霍尔元件的技术参数 2. 霍尔元件霍尔元件 霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成， (a) 霍尔元件实物图 (b) 结构示意图 (c)图形符号 3. 霍尔元件测量电路霍尔元件测量电路 (1)基本测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图7-4所示。激励电流由电压源E供给，其大小由可变电阻
3、来调节。 (2)霍尔元件的输出电路 4. 霍尔元件主要特性参数 乘积灵敏度KH 额定激励电流IN和最大允许激励电流Imax 输入电阻Ri、输出电阻R0 不等位电势U0和不等位电阻R0 寄生直流电势UOD 霍尔电势温度系数 5.霍尔元件的误差补偿 (1)不等位电势的补偿图12-5 不等位电势的补偿电路 (2) 温度补偿 恒流源供电，输入端并联电阻；或恒压源供电，输入端串联电阻，如图12-6、12-7所示。 合理选择负载电阻 采用热敏元件图12-6 输入端并联电阻补偿 图12-7 输入端串联电阻补偿 二、集成霍尔传感器二、集成霍尔传感器1.线性集成霍尔传感器(a) UGN3501外形 (b)内部框
4、图 (c) 输出特性 2. 开关集成霍尔传感器(a) UGN3020外形 (b) 内部框图 (c) 输出特性项目实施项目实施三、霍尔式位移传感器的安装与调试三、霍尔式位移传感器的安装与调试 通过本项目的实训使大家进一步了解霍尔式传感器原理与应用。 本实训项目需用器件与单元：霍尔传感器实训模块、霍尔传感器、直流源4V、15V、测微头、数显单元。如图12-11所示。(a) 霍尔传感器 (b) 霍尔传感器实训模块图12-11需用器件与单元 实训步骤： 1.将霍尔传感器按图12-12安装。霍尔传感器与实训模块的连接按图12-13进行。1、3为电源4V，2、4为输出。图12-12 霍尔传感器安装示意图图
5、12-13 霍尔传感器位移直流激励接线图 2.开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1（Rw3处于中间位置）使数显表指示为零。 3.旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表12-2。任务任务3 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用 归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途： 当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。 当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。在这方面的应用有乘法器、功率计以及除法、倒数、开方等运算器，此外，也可用于混
6、频、调制、解调等环节中，但由于霍尔元件变换频率低，温度影响较显著等缺点，在这方面的应用受到一定的限制，这有待于元件的材料、工艺等方面的改进或电路上的补偿措施。 若保持磁感应强度恒定不变，则利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，可以组成回转器、隔离器和环行器等控制装置。 项目拓展项目拓展四、四、 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用 归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途： 当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。 当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。在这方面的应用有乘法器、功率计以及除法
7、、倒数、开方等运算器，此外，也可用于混频、调制、解调等环节中，但由于霍尔元件变换频率低，温度影响较显著等缺点，在这方面的应用受到一定的限制，这有待于元件的材料、工艺等方面的改进或电路上的补偿措施。 若保持磁感应强度恒定不变，则利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，可以组成回转器、隔离器和环行器等控制装置。 1. YSH-1型霍尔压力变送器 (a) YSH-1型霍尔压力变送器实物图 (b) YSH-1型霍尔压力变送器的转换机构示意图 2霍尔加速度传感器 (a) 加速度传感器结构示意图 (b )静态特性 3无触点开关(a) 按钮放开状态 (b) 按钮按下状态 4霍尔计数装置 (a)计数工作示意图 (
8、b)计数工作电路图 5霍尔无刷电动机霍尔无刷电动机结构示意图五、它磁敏传感器五、它磁敏传感器 （一）（一） .磁敏电阻器磁敏电阻器 1。磁阻效应 将一个载流导体位于外磁场中，除了会产生霍尔效应以外，其电阻值也会随着磁场而变化，这种现象称为磁电阻效应，简称为磁阻效应磁阻效应是伴随者霍尔效应同时发生的一种物理效应，磁敏电阻就是利用磁阻效应制作成的一种磁敏元件。(2)磁敏电阻的结构图12-19常见磁敏电阻结构 3磁敏电阻的应用图12-20 InSb磁敏电阻无触点开关 图12-21 InSb磁敏无接触角度传感器 （二）（二）.磁敏晶体管磁敏晶体管 1.磁敏二极管磁敏二极管 (1)磁敏二极管结构(a)磁
9、敏二极管的结构示意图 (b) 磁敏二极管电路符号 (2)磁敏二极管工作原理磁敏二极管工作原理 (3)温度补偿和提高磁灵敏度的措施 磁敏二极管的特性受温度影响较大，所以应进行必要的温度补偿。 互补式电路差分式电路热敏电阻补偿 (a) 互补式电路 (b) 差分式电路 (c) 热敏电阻补偿 3. 磁敏三极管磁敏三极管 现以NPN型磁敏三极管为例介绍磁敏三极管的结构和工作原理。 （1）磁敏三极管的结构 （2）磁敏三极管工作原理 (a) 无磁场作用 (b) 施加正向磁场B+ (c) 施加反向磁场B- 图12-26 磁敏三极管工作原理 (3)磁敏三极管的温度补偿和提高灵敏度的措施(a) 普通硅三极管补偿
10、(b) 磁敏二极管对磁敏三极管的温度补偿 (c) 差分补偿电路图12-27 磁敏三极管的温度补偿方法 (a)双集电极磁敏三极管 (b)外磁场垂直于硅片表面结构双集电极磁敏三极管 4. 磁敏二极管和磁敏三极管的应用磁敏二极管和磁敏三极管的应用 (1)无触点开关 (2)无刷直流电机 (3)测量电流无触点开关电路原理图 无刷直流电机工作原理图 磁敏二极管测量电流工作原理图项目小结项目小结 通过本项目的学习主要给大家介绍了霍尔效应和磁阻效应的概念、霍尔传感器的类型、霍尔元件的不等位电势的补偿以及霍尔传感器的用途。 1.位于磁场中的静止载流导体，当电流I的方向与磁场强度B的方向垂直时，则在载流导体中平行
11、与B、I的两侧面之间将产生电动势，这个电动势称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。利用霍尔效应原理制成的传感器称为霍尔传感器。 2.霍尔传感器有分立元件式（简称霍尔元件）和集成式（简称霍尔集成传感器）两种。霍尔元件由霍尔片、引线和壳体组成；集成霍尔传感器是将霍尔元件、放大器、施密特触发器以及输出电路等集成在一起的一种传感器。按照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型。 3.由于在制造工艺方面的原因存在一个不等位电势U0，从而对测量结果造成误差。为解决这一问题，可采用具有温度补偿的桥式补偿电路。为了减小霍尔电势温度系数a，需要对基本测量电路进行温度补偿的改进，
12、常用方法有：采用恒流源提供控制电流；选择合理的负载电阻进行补偿；在输入回路或输出回路中加入热敏电阻进行温度误差的补偿。 4.霍尔传感器有三个方面的用途：（1）当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正比于磁感应强度。（2）当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。（3）若保持磁感应强度恒定不变，则利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，可以组成回转器、隔离器和环行器等控制装置。 5.磁阻效应将一个载流导体位于外磁场中，除了会产生霍尔效应以外，其电阻值也会随着磁场而变化，这种现象称为磁电阻效应，简称为磁阻效应磁阻效应是伴随者霍尔效应同时发生的一种物理效应，磁敏电阻就是利用磁阻效应制作成的一种磁敏元件。磁敏二极管、硅磁敏三极管都是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种磁敏传感器。
