第五章电动势式传感器原理与应用

1、2本章教学本章教学: :p了解磁电式传感器的种类与应用特点；了解磁电式传感器的种类与应用特点；p掌握霍尔传感器的原理、结构及应用。特性和转换电路；掌握霍尔传感器的原理、结构及应用。特性和转换电路；p理解压电效应的机理；理解压电效应的机理；p了解常用压电材料的种类与特性了解常用压电材料的种类与特性p掌握压电式传感器的结构、等效电路、测量电路和应用掌握压电式传感器的结构、等效电路、测量电路和应用范围。范围。p理解电动势式传感器的设计思想和设计要点，从中领会理解电动势式传感器的设计思想和设计要点，从中领会应用中应注意的问题；明确各种传感器的应用范围。应用中应注意的问题；明确各种传感器的应用范围。3

2、介绍磁电式传感器、霍尔传感器和压电式传感器的介绍磁电式传感器、霍尔传感器和压电式传感器的原理与应用。这几种传感器是将被测量转换为电动势的原理与应用。这几种传感器是将被测量转换为电动势的装置。磁电式传感器应用磁感应原理工作，常用来测量装置。磁电式传感器应用磁感应原理工作，常用来测量振动与转速；霍尔元件的工作原理是霍尔效应，多用于振动与转速；霍尔元件的工作原理是霍尔效应，多用于测量位移和压力；压电式传感器的工作原理是压电效应测量位移和压力；压电式传感器的工作原理是压电效应，常用来测量振动、加速度等动态物理量。，常用来测量振动、加速度等动态物理量。4 磁电式传感器磁电式传感器 霍尔传感器霍尔传感器

3、压电式传感器压电式传感器 本章本章重点：霍尔传感器的原理与应用；重点：霍尔传感器的原理与应用； 本章难点本章难点：霍尔传感器系统的构成、测量方法。：霍尔传感器系统的构成、测量方法。本章教学本章教学: :5 电磁感应式传感器又称磁电式传感器，电磁感应式传感器又称磁电式传感器， 是利用是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种是一种有源传感器有源传感器。 由于它

4、输出功率大，由于它输出功率大， 且电路且电路简单，性能稳定，输出阻抗小，具有一定的工作带简单，性能稳定，输出阻抗小，具有一定的工作带宽（宽（10101000 Hz1000 Hz），所以得到普遍应用。），所以得到普遍应用。 但是只适合进行但是只适合进行动态动态测量。测量。 61、磁电式传感器的工作原理、磁电式传感器的工作原理2、动圈式磁电传感器、动圈式磁电传感器3、磁阻式磁电传感器、磁阻式磁电传感器4、磁电式传感器的动态特性、磁电式传感器的动态特性7法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律：根据电磁感应定律，根据电磁感应定律， 当导体当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生在稳恒均匀

5、磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为的感应电势为 dENdt 如果线圈是如果线圈是N N 匝，磁场强度是匝，磁场强度是B B，每匝线圈的平均长度，每匝线圈的平均长度l la a，线圈相对磁场运动的速度为线圈相对磁场运动的速度为=dxdx/ /dtdt，角速度为，角速度为则整个线圈中所产生的电动势为：则整个线圈中所产生的电动势为：aENBl v ENBSw S S为每匝线圈的平均截面积为每匝线圈的平均截面积8不同类型的磁电式传感器9工作原理工作原理10工作原理工作原理 磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不

6、变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图（铁（动铁式），动圈式（图（a a）和动铁式（图）和动铁式（图 (b)(b)）的工作原理是完全）的工作原理是完全相同的。相同的。 当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大，相对较大， 当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，性很大，来不及随振动体一起振动

7、， 近乎静止不动，振动能量几乎全被弹近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，与线圈的相对运动切割磁力线， 从而产生感应电势。从而产生感应电势。 11工作原理工作原理12工作原理工作原理13工作原理工作原理14工作原理工作原理如果在线圈运动部分的磁场强度如果在线圈运动部分的磁场强度B B是均匀的，是均匀的，则当线圈与磁场的相对速度为则当线圈与磁场的相对速度为时，线圈的感应电动势：时，线圈的感应电动势： sinaNBlE 当当9090，线圈的感应电

8、动势为：，线圈的感应电动势为：aNBlE 当当N N、B B和和l la a恒定不变时，恒定不变时，E E与与=dxdx/ /dtdt成正比，成正比，根据感应电动势根据感应电动势E E的大小就可以知道被测速度的大小。的大小就可以知道被测速度的大小。 15结构磁电式传感器构成：磁电式传感器构成： 1 1、磁路系统：、磁路系统：由它产生恒定直流磁场。为了减小传感器的由它产生恒定直流磁场。为了减小传感器的体积，一般都采用永久磁铁；体积，一般都采用永久磁铁； 2 2、线圈：、线圈：由它运动切割磁力线产生感应电动势。由它运动切割磁力线产生感应电动势。作为一个完整的磁电式传感器，除了磁路系统和线圈外，还作

9、为一个完整的磁电式传感器，除了磁路系统和线圈外，还有一些其它元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置等。有一些其它元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置等。16结构图图5.1.2 5.1.2 磁电式振动传感器的结构原理图磁电式振动传感器的结构原理图1-1-弹簧片弹簧片 2-2-永久磁铁永久磁铁 3-3-阻尼器阻尼器 4-4-引线引线5-5-芯杆芯杆 6-6-外壳外壳 7-7-线圈线圈 8-8-弹簧片弹簧片17 线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连接而运动的部线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动中，它们改变磁路的磁阻，分是用导磁材料制成的，在运动中，它们改变磁路

10、的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。用来测量用来测量转速转速，线圈中产生感应电动势的频率作为输出，线圈中产生感应电动势的频率作为输出，而电势的频率取决于磁通变化的频率。而电势的频率取决于磁通变化的频率。 结构结构：开磁路、闭磁路：开磁路、闭磁路 1819开磁路1 1永久磁铁永久磁铁3 3感应线圈感应线圈2 2软铁软铁4 4齿轮齿轮 结构比较简单，但输出信号较小，结构比较简单，但输出信号较小，当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。 20 开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，开

11、磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中产线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。 60Znf 21闭磁路闭磁路磁阻式转速

12、传感器磁阻式转速传感器采用在振动强的场合，有下限工作频率（采用在振动强的场合，有下限工作频率（50Hz 50Hz ）有上限工作频率可达到（有上限工作频率可达到（100Hz ）22 闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。 当转轴连当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从

13、而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。 显然，显然， 感应电势的频率与被测转速成正比。感应电势的频率与被测转速成正比。 23当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电流当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电流Io为为 式中： Rf测量电路输入电阻； R线圈等效电阻。 0I=fRRE=fNBLvRR24而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为 00fffNBLvRUI RRR0fUfNBLRUSvRRB值大，灵敏度也大，因此要选用B值大的永磁材料；线圈的平均长度大也有助于提

14、高灵敏度，但这是有条件的，要考虑两种情况：线圈电阻与指示器电阻匹配问题线圈电阻与指示器电阻匹配问题因传感器相当于一个电压源，为使指示器从传感器获得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。线圈的发热问题线圈的发热问题传感器线圈产生感应电动势，接上负载后，线圈中有电流流过而发热。传感器的电流灵敏度为传感器的电流灵敏度为 0IfINBLSvRR25测量误差测量误差 当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为

15、：为：RdRldlBdBSdSII26测量误差测量误差 非线性误差非线性误差 主要原因：当磁电式传感器在进行主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。作磁通上，导致气隙磁通变化。 这种影响分为两种情况这种影响分为两种情况 27测量误差测量误差 当传感器线圈相对磁场运动所产生的附加磁场与原工作磁场方向相反时，附加磁场将减弱工作磁场的作用，从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而

16、降低。即当传感器向上运动时，两个磁场方向相反，减弱了工作磁场的作用，使传感器灵敏度降低； 当传感器线圈相对磁场运动所产生的附加磁场与原工作磁场方向相同时，附加磁场将增强工作磁场的作用，从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而增高。即当传感器向下运动时，两个磁场方向相同，增强了工作磁场的作用，使传感器灵敏度增强； 这两种情况将导致测量结果中出现非线性项，且速度越大，影响越明显。这种非线性特性同时伴随着传感器输出的谐波失真。 补偿上述干扰的方法是在传感器中加入补偿线圈，补偿线圈被通以一定的电流，适当选择补偿线圈的参数，使其产生的交变补偿磁通可以与传感器线圈本身产生的交变附加磁通相互抵消，从而达到

17、补偿的目的。28测量误差测量误差 温度误差（温度误差（比较严重比较严重） 011221(1)(1)(1)(1)EtIRtRtRt 000100%III 温度误差补偿办法温度误差补偿办法：在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路，进行温度补偿。热磁分路，进行温度补偿。 热磁分路片具有很大的负温度系数。热磁分路片具有很大的负温度系数。 永久磁铁的磁感应强度随温度的增加而减小，传感器永久磁铁的磁感应强度随温度的增加而减小，传感器线圈是用铜线绕成的，线圈的电阻线圈是用铜线绕成的，线圈的电阻R R的温度系数是正的，的温度系数是正的，温度增加温度增加1010

18、，电阻大约增加，电阻大约增加4%4%。29 当被测物振动频率低于传感当被测物振动频率低于传感器的固有频率时，传感器的灵敏器的固有频率时，传感器的灵敏度是随振动频率的升高而明显增度是随振动频率的升高而明显增加的；加的；l在振动频率更高（过大）的情况下，线圈阻抗增加，传感器灵敏度会在振动频率更高（过大）的情况下，线圈阻抗增加，传感器灵敏度会随着振动频率的增加反而下降。随着振动频率的增加反而下降。l当振动频率当振动频率远大于传感器固有频远大于传感器固有频率时，传感器的灵敏度接近为一个率时，传感器的灵敏度接近为一个常数，它基本上不随频率变化，即在这一频率范围内，传感器的输出电压与常数，它基本上不随频率

19、变化，即在这一频率范围内，传感器的输出电压与振动速度成正比关系，这一频段就是传感器的理想工作频段；振动速度成正比关系，这一频段就是传感器的理想工作频段；3031磁电感应式振动速度传感器磁电感应式振动速度传感器 32测量扭矩时，需要两个传感测量扭矩时，需要两个传感器，将他们分别固定到被测器，将他们分别固定到被测轴的两端，安装时一个定子轴的两端，安装时一个定子齿与转子齿相对，一个是齿齿与转子齿相对，一个是齿与槽相对，当无转矩时，扭与槽相对，当无转矩时，扭矩角为零，则两个传感器输矩角为零，则两个传感器输出相位差为出相位差为0 0或者或者180180度的两度的两个近似正弦波的感应电势，个近似正弦波的感

20、应电势，工作时轴两端产生扭矩角工作时轴两端产生扭矩角，此时两个传感器输出的电，此时两个传感器输出的电动势将产生附加相位角动势将产生附加相位角0 0，经测量电路，将相位差转换，经测量电路，将相位差转换为时间差，就可以测量出扭矩为时间差，就可以测量出扭矩磁电感应式扭矩传感器磁电感应式扭矩传感器33EBDv244VDDEqvK EB电磁流量计34 霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。成电动势输出的一种传感器。 优点：优点：结构简单，体积小，坚固

21、，频率响应宽，结构简单，体积小，坚固，频率响应宽，动态范围大动态范围大, ,无触点无触点, ,使用寿命长使用寿命长, ,可靠性高可靠性高, ,易微型易微型化和集成电路化。化和集成电路化。 不足：不足：温度影响大，要求转换精度较高时必须温度影响大，要求转换精度较高时必须进行温度补偿。进行温度补偿。35霍尔传感器工作原理霍尔传感器工作原理霍尔元件的结构和基本电路霍尔元件的结构和基本电路霍尔元件的主要特性参数霍尔元件的主要特性参数霍尔元件误差及补偿霍尔元件误差及补偿霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用36 将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一

22、致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应霍尔效应，该电动势称该电动势称霍尔电势霍尔电势，半导体薄片称，半导体薄片称霍尔元件霍尔元件。37dIBRUHHHR霍尔常数霍尔常数 38LFe BbUEHHBveeEH载流子受洛仑兹力载流子受洛仑兹力 霍尔电场强度霍尔电场强度平衡状态平衡状态 BvEHIvbdnedIBneUH1电子运动平均速度电子运动平均速度 霍尔电势霍尔电势191.602 10eC39霍尔常数霍尔常数 neRH1霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：霍尔常数大小

23、取决于导体的载流子密度：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。所以金属材料不宜制作霍尔元件。霍尔电势与导体厚度霍尔电势与导体厚度d d成反比：成反比：为了提高霍尔电势值，为了提高霍尔电势值， 霍尔元件制成薄片形状。霍尔元件制成薄片形状。 BIKUHHneddRKHH1霍尔元件灵敏度（灵敏系数）霍尔元件灵敏度（灵敏系数） 半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此因此N N型半导体型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件，

24、较适合于制造灵敏度高的霍尔元件， 4041砷化钠霍尔器件砷化钠霍尔器件温度系数小，灵敏度高，线性度好，温漂小，稳定性高，体积小42(1) (1) 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 输入电阻输入电阻：控制电极间的电阻：控制电极间的电阻 输出电阻输出电阻：霍尔电极之间的电阻：霍尔电极之间的电阻两者均规定在室温（两者均规定在室温（205）的环境温度中测取。）的环境温度中测取。(2) (2) 额定控制电流和最大允许控制电流额定控制电流和最大允许控制电流额定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：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气 中产生中产生1010温升时，对应的控制电流值温升时

25、，对应的控制电流值最大允许控制电流最大允许控制电流：以元件允许的最大温升为限制所对：以元件允许的最大温升为限制所对应的控制电流值应的控制电流值 43不等位电势不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值：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。的空载霍尔电势。r r 0 0称称不等位电阻不等位电阻 不等位电势也可用不等位电阻表示：不等位电势也可用不等位电阻表示： 00HVI0 零位电阻零位电阻 44产生不等位电势的原因主要是：产生不等位电势的原因主要是： 霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；霍尔电

26、极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）； 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；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； 控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。 （均是制造工艺造成的）（均是制造工艺造成的）45(4) (4) 寄生直流电势寄生直流电势 霍尔元件零位误差的一部分霍尔元件零位误差的一部分 当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生直流电势控制电极和霍尔电极

27、与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效应。整流效应。 两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不同产生温差电势两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不同产生温差电势(5) (5) 霍尔电势温度系数霍尔电势温度系数 在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化1 1C C时，霍尔电势变化的时，霍尔电势变化的百分率。百分率。461 1）不等位电势误差的补偿）不等位电势误差的补偿2 2）温度误差及其补偿）温度误差及其补偿471 1）不等位电势误差的补偿）不等位电势误差的补偿 可以把霍尔元件视为一个可以把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥四臂电阻电桥，不等位电势就

28、相，不等位电势就相当于电桥的当于电桥的初始不平衡输出电压初始不平衡输出电压。 补偿原理补偿原理：将：将R1、R2、R3、R4其视为电桥的四个其视为电桥的四个臂，即电桥不平衡，为使臂，即电桥不平衡，为使其平衡可在阻值较大的臂其平衡可在阻值较大的臂上并联电阻，或在两个臂上并联电阻，或在两个臂上同时并联电阻。上同时并联电阻。 481 1）不等位电势误差的补偿）不等位电势误差的补偿不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些 492）温度误差及其补偿温度误差产生原因：温度误差产生原因：霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。霍尔元件的基片是半导体

29、材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。度的函数。当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。器产生温度误差。 502）温度误差及其补偿n选用温度系数小的元件选用温度系数小的元件n采用恒温措施采用恒温措施n采用恒流源供电采用恒流源供电 512）温度误差及其补偿恒流源温度补偿 )1 (TKKHOH 霍尔元件的灵敏系数也是温度的函

30、数，它随温度的变化引起霍尔电势霍尔元件的灵敏系数也是温度的函数，它随温度的变化引起霍尔电势的变化，霍尔元件的灵敏系数与温度的关系的变化，霍尔元件的灵敏系数与温度的关系 大多数霍尔元件的温度系数大多数霍尔元件的温度系数是正值时，它们的霍尔电势随温度的是正值时，它们的霍尔电势随温度的升高而增加（升高而增加（1+1+t t）倍。）倍。 同时，让控制电流同时，让控制电流I I相应地减小，能保持相应地减小，能保持K KH HI I不变就抵消了灵敏系数不变就抵消了灵敏系数值增加的影响。值增加的影响。522）温度误差及其补偿恒流源温度补偿 当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻自动地加强当霍尔

31、元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻自动地加强分流，减少了霍尔元件的控制电流。分流，减少了霍尔元件的控制电流。532）温度误差及其补偿恒流源温度补偿 控制电流控制电流 siPPIRRRI00020温度升到温度升到T T时，电路中各参数变为时，电路中各参数变为 )1 (0TRRii)1 (0TRRPP)1 ()1 ()1 (0002TRTRTRIRRRIiPPsiPp式中，式中， 霍尔元件输入电阻温度系数；霍尔元件输入电阻温度系数； 分流电阻温度系。分流电阻温度系。542）温度误差及其补偿恒流源温度补偿 为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足: :升温前、

32、后的霍尔电势不变升温前、后的霍尔电势不变: : BIKUBIKUHHHH220002200IKIKHH)1()1()1()1(00000000TRTRTRTKIRRRKiPPHsiPPH00iPRR经整理，忽略经整理，忽略 高次项后得高次项后得 用上式即可计算出分流电阻及所需的温度系数值。用上式即可计算出分流电阻及所需的温度系数值。 2T55优点优点: : 结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长应用：应用：电磁测量电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相

33、位、电能等参数；位、电能等参数；自动检测自动检测系统：多用于位移、压力的测量。系统：多用于位移、压力的测量。56转速测量转速测量 NS霍尔元件霍尔元件（转角）（转角）VH02NS霍尔元件霍尔元件（转角）（转角）VH0永磁体装在轴端的转速测量方法永磁体装在轴端的转速测量方法永磁体装在轴侧的转速测量方法永磁体装在轴侧的转速测量方法57转速测量转速测量 工作原理及用途：工作原理及用途：被测体上贴一磁钢，非接触式测量，高可靠，适用于低转速，体积小、安装方便，对环境无要求，适合各种恶劣环境、污浊环境、功耗低，适宜长期工作。霍尔式转速计霍尔式转速计58利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖层厚度测量利用霍尔线

34、性集成传感器进行磁法覆盖层厚度测量 磁法覆盖厚度测量是指对铁磁性物质表面非磁性涂磁法覆盖厚度测量是指对铁磁性物质表面非磁性涂层的厚度测量层的厚度测量。 例如对钢铁表面的镀膜、油漆、塑料、搪瓷等覆盖例如对钢铁表面的镀膜、油漆、塑料、搪瓷等覆盖层的厚度等便可使用磁法厚度测量的方法。层的厚度等便可使用磁法厚度测量的方法。59利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖层厚度测量利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖层厚度测量U型铁心型铁心永磁体永磁体铁磁基体铁磁基体磁回路磁回路SL3501M覆盖层覆盖层60利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖层厚度测量利用霍尔线性集成传感器进行磁法覆盖层厚度测量 测量时将测量时将U

35、形铁芯的两极放到被测物体表面上，这时永磁形铁芯的两极放到被测物体表面上，这时永磁体产生的磁通便通过体产生的磁通便通过U形铁芯和被测物体构成磁回路。当被测形铁芯和被测物体构成磁回路。当被测物体表面覆盖层厚度不同时，磁回路的磁阻和磁通量将会发生物体表面覆盖层厚度不同时，磁回路的磁阻和磁通量将会发生变化，磁回路中的霍尔集成传感器将会检测出磁场强度的不同，变化，磁回路中的霍尔集成传感器将会检测出磁场强度的不同，从而使霍尔集成传感器产生的输出电压随覆盖层厚度的不同而从而使霍尔集成传感器产生的输出电压随覆盖层厚度的不同而变化，完成覆盖层非电量到电量的转换。变化，完成覆盖层非电量到电量的转换。 将将U型硅钢

36、片铁芯中间断开，然后将型硅钢片铁芯中间断开，然后将SL3501M霍尔线性集霍尔线性集成传感器和一片钕铁硼永磁体夹在中间，用成传感器和一片钕铁硼永磁体夹在中间，用502胶粘牢。胶粘牢。61霍尔元件在电流测量上的应用霍尔元件在电流测量上的应用 用霍尔元件测量电流，都是通过霍尔元件检测通电导线周用霍尔元件测量电流，都是通过霍尔元件检测通电导线周围的磁场来实现的。围的磁场来实现的。 在现代工程技术中，往往要测量在现代工程技术中，往往要测量，有时直流，有时直流电流值高达电流值高达10KA以上。过去，多采用电阻器分流的方法来测以上。过去，多采用电阻器分流的方法来测量这样大的电流。这种方法有许多缺点，如分流

37、器结构复杂、量这样大的电流。这种方法有许多缺点，如分流器结构复杂、笨重、耗电、耗铜等。利用霍尔效应原理测量大电流可以克笨重、耗电、耗铜等。利用霍尔效应原理测量大电流可以克服上述的一些缺点。霍尔效应大电流计结构简单、成本低、服上述的一些缺点。霍尔效应大电流计结构简单、成本低、准确度高，在很大程度上与频率无关，便于远距离测量，测准确度高，在很大程度上与频率无关，便于远距离测量，测量时不需要断开回路。量时不需要断开回路。62霍尔元件在电流测量上的应用霍尔元件在电流测量上的应用 （1）导线旁测法）导线旁测法 这种方法是一种最简单的方法，将霍这种方法是一种最简单的方法，将霍尔元件放在通电导线的附近，给霍

38、尔元尔元件放在通电导线的附近，给霍尔元件通以恒定电流，用霍尔元件测量被测件通以恒定电流，用霍尔元件测量被测电流产生的磁场，就可以从元件输出的电流产生的磁场，就可以从元件输出的霍尔电压中确定被测电流值。霍尔电压中确定被测电流值。 这种方法虽然结构简单，但测量精度这种方法虽然结构简单，但测量精度较差，受外界干扰也大，只适用一些不较差，受外界干扰也大，只适用一些不重要的场合。重要的场合。BICI通电电通电电流流VH63霍尔元件在电流测量上的应用霍尔元件在电流测量上的应用 当导线中有电流流通时，导线周围当导线中有电流流通时，导线周围产生磁场，使导磁体铁芯磁化成暂时性产生磁场，使导磁体铁芯磁化成暂时性磁

39、铁，在环形气隙中就会形成一个磁场，磁铁，在环形气隙中就会形成一个磁场，导体中的电流越大，气隙处的磁感应强导体中的电流越大，气隙处的磁感应强度就越大，霍尔元器件输出的霍尔电压度就越大，霍尔元器件输出的霍尔电压VH就越大。可以通过霍尔电压检测到就越大。可以通过霍尔电压检测到导线中的电流。这种方法可以提高电流导线中的电流。这种方法可以提高电流测量的精度。测量的精度。导磁铁心导磁铁心霍尔元器件霍尔元器件通电导线通电导线I（2）导线贯串磁芯法）导线贯串磁芯法 如果用铁磁材料做成磁导体的铁芯，使被测通电导线贯串它的中央，如果用铁磁材料做成磁导体的铁芯，使被测通电导线贯串它的中央，将霍尔元件或霍尔集成传感器

40、放在磁导体的气隙中，这样，可以通过环形将霍尔元件或霍尔集成传感器放在磁导体的气隙中，这样，可以通过环形铁芯集中磁力线，如下图所示。铁芯集中磁力线，如下图所示。测量原理测量原理64霍尔元件在电流测量上的应用霍尔元件在电流测量上的应用 在实际应用中，为了测量的方便，还可以把导磁铁芯在实际应用中，为了测量的方便，还可以把导磁铁芯做成钳式形状，或非闭合磁路的形状，如下图所示。做成钳式形状，或非闭合磁路的形状，如下图所示。I霍尔元霍尔元器件器件通电通电导线导线导磁导磁铁心铁心霍尔元霍尔元器件器件通电通电导线导线导磁导磁铁心铁心I钳钳式式非非闭闭合合磁磁路路式式65霍尔元件在电流测量上的应用霍尔元件在电流

41、测量上的应用 （3）磁芯绕线法）磁芯绕线法 这种方法如下图所示。它由标准环形导磁铁芯和这种方法如下图所示。它由标准环形导磁铁芯和SL3501M霍尔线性集成传感器组合而成。霍尔线性集成传感器组合而成。SL3501M通电导线通电导线导磁铁心导磁铁心I 被测通电导线绕在导磁铁芯上，被测通电导线绕在导磁铁芯上，每每1安安1匝在气隙处可产生匝在气隙处可产生0. 0056T的的磁感应强度。若测量范围是磁感应强度。若测量范围是020A时，则导线绕制时，则导线绕制9匝便可产生约匝便可产生约0. 1 T的磁感应强度，的磁感应强度，SL3501M会有会有1. 4V的电压输出。的电压输出。66霍尔元件在电流测量上的应用霍尔元件在电流测量上的应用 （3）磁芯绕线法）磁芯绕线法数字钳型表数字钳型表用途：用途：主要用于大电流测量，可用于机械加工车间，工厂，及各主要用于大电流测量，可用于机械加工车间，工厂，及各种耗电量较大的任何场合。种耗电量较大的任何场合。67霍尔元件在磁性材料研究上的应用霍尔元件在磁性材料研究上的应用被测磁性物质被测磁性物质交流信号源交流信号源霍尔元件霍尔元件示波器示波器电流表电流表磁化磁化绕组绕组 在磁性材料特性研究中，往往需要