磁电式传感器课件

同学们好！1磁电式传感器1磁敏式传感器2第七章磁传感器2一、工作原理根据电磁感应定律，当w

匝线圈在恒定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系：根据这一原理，可设计成两种结构：磁电式传感器13恒磁通式磁电传感器的结构原理图5（二）变磁通式磁电式传感器（磁阻式）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，因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。1－永久磁铁2－软铁3－感应线圈4－齿轮6磁电式传感器1磁敏式传感器2第七章磁传感器7一、霍尔传感器（一）霍尔效应1.定义霍尔：1879年半导体9UHbldIFLFEvB2.霍尔电势的产生洛仑兹力电场力动态平衡10UHbldIFLFEvB动态平衡电流11（二）霍尔元件基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件。霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成输入引线：激励电极输出引线：霍尔电极CDAB13霍尔元件的主要技术指标材料：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟141.霍尔元件的电磁特性(1)霍尔输出电势与控制电流之间的关系(2)霍尔输出电势与磁场之间的关系(3)霍尔元件的输入Ri或输出电阻R0与磁场之间的关系Ri——控制电流电极间的电阻R0——输出霍尔电势电极间的电阻15（2）霍尔电势的输出电路线性测量：比例放大器线性度好、低噪声放大器开关应用：射极跟随器灵敏度高，一般放大器173.霍尔元件的误差及其补偿霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时出现的霍尔电势称为零位误差。不等位电势原因：

两个霍尔电极不在同一等位面上；

材料不均匀。半导体固有特性半导体制造工艺缺陷零位误差温度误差(1)零位误差及补偿18（a）（b）（c）电桥补偿方法19②利用输出回路的负载进行补偿霍尔元件的输出电阻随温度而改变只要补偿电阻选择适当，就可达到温度补偿的目的。21E1w3E2w1w2R2R3R4R1RtUH③实际补偿电路温度补偿电桥W1的作用22霍尔元件测量线路集成霍尔传感器（三）集成霍尔传感器集成霍尔传感器具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点。23稳压工作原理：有磁场：UH>开启阈值，高电平，VT导通磁场减弱：UH<断开阈值，低电平，VT截止开状态关状态121086420工作特性——工作点“开”——释放点“关”——磁滞高低，开状态低高，关状态25输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。结构：霍尔元件、差分放大器、稳压、电流放大输出级。稳压单端输出：SL3501T2.线性集成霍尔传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。261.霍尔位移传感器磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越均匀，输出线性越好测量范围：1～2mm（四）霍尔传感器的应用274.转速测量永磁体安装在轴端永磁体安装在轴侧295.测量电流测量大直流电流（10kA）：电阻器分流霍尔元件测量电流：检测通电导线周围的磁场（1）导线旁测法（2）导线贯穿磁芯法简单、测量精度差、受外界干扰大环形铁芯集中磁力线，提高电流测量精度306.自动凭票供水装置控制电路311.磁阻效应——载流导体置于磁场中，其电阻随磁场而变化磁阻效应方程：温度恒定、弱磁场、只有电子导电——磁感应强度为B时的电阻率——零磁场下的电阻率——电子迁移率——磁感应强度式中，电阻率变化电阻率相对变化磁敏电阻：InSb、InAs二、磁敏电阻32-5-3-10135700

600500400300200100020406080150100502.磁敏电阻的特性磁阻元件的温度特性不好。在应用时，一般都要设计温度补偿电路。磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度的影响较大。33（一）磁敏二极管1.结构PN结型的磁电转换元件I区：高阻本征区P、N：重掺杂区P-I-N结I区两侧处理：光滑：I面打毛：复合面（r面）三、磁敏二极管和磁敏三极管34PNH+电流（b）iPNH-电流（c）iPNH=0→→→←←←电流（a）i电子空穴复合区2.工作原理磁场H=0：少量电子和空穴在I区、r区复合正向磁场H+：电子和空穴偏向r区，电流因复合增大而减小反向磁场H-：电子和空穴偏向I区，电流因复合减少而增大35磁敏二极管在正、反向磁场作用下，其电流发生变化，于是就实现磁电转换。磁敏二极管H=0PN→→→←←←iH+PNiH-PNi3613579根据某一电压下的电流值可确定磁场的大小和方向。（1）伏安特性3.主要特性磁敏二极管正向偏压和通过其上电流的关系。不同磁场强度H作用下，磁敏二极管伏安特性不同。37（2）磁电特性-0.10.10.20.30.42.01.51.00.50-0.5-1.0（3）温度特性-40-2002040601.51.00.5在给定的条件下，磁敏二极管输出的电压变化与外加磁场的关系。输出电压变化量随温度的变化比较大。38（二）磁敏三极管1.结构2.工作原理复合基区输运基区39复合基区输运基区复合基区输运基区复合基区输运基区无磁场作用：e–i-b：基极电流输运基区：集电极电流正向磁场作用：载流子偏向发射极一侧，集电极电流减小反向磁场作用：载流子偏向集电极一侧，集电极电流增大40磁敏三级管磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化，于是就实现磁电转换。复合基区复合基区复合基区41（三）应用例：漏磁探伤仪显示仪表激励线圈放大器铁芯钢棒磁敏二极管探头显示仪表激励线圈放大器铁芯钢棒裂纹磁敏二极管探头钢棒：转动、磁化无损伤部分：闭合磁路、无泄漏磁通，无输出信号裂纹：泄漏磁通、磁敏二极管探头输出信号421.磁电式传感器2.磁敏式传感器小结：霍尔传感器磁敏电阻磁敏二极管磁敏三极管恒磁通式和变磁通式（了解）（重点）理解：工作原理误差及其补偿了解：结构特性及应用431.若一个霍尔器件的KH=4mV/(mA﹒kGs)，控制电流I=3mA，将它置于1Gs～5KGs变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围多大？2.已知某霍尔元件尺寸为长L=10mm，宽b=3.5mm，厚d=1mm。沿L方向通以电流I=1.0mA，在垂