【正文】 數(shù) KH = RH /d = ρμ/d 也是溫度的函數(shù)， 溫度 T變化時，靈敏度 KH也變化。 《 傳感器原理及應用 》 霍爾元件在實際應用時，存在多種因素影響其測量精度，造成測量誤差的主要因素有兩類：一類是半導體固有特性；一類為半導體制造工藝的缺陷。 R0= U0 / Ic。 Ri 和 Ro 可以在無磁場時，用歐姆表等測量。 二、霍爾元件的結構與特性 最常用的霍爾元件材料有：鍺 (Ge)、 硅 (Si)、 銻化銦 (InSb)、 砷化銦 (InAs)等半導體材料 。 由于材料電阻率 ?與載流子濃度和其遷移率 ? 有關，即 ?? ne1? 或 ?? pe1? 霍爾電勢除了與材料的載流子遷移率和電阻率有關，同時還與霍爾元件的幾何尺寸有關。 若保持 I恒定，作用在半導體薄片上的磁場強度 B越強，霍爾電勢UH也就越高。 磁電式傳感器只用于測量 ，可以直接測量振動物體的線速度或旋轉(zhuǎn)體的角速度，加入積分或者微分電路后，可以測量位移和加速度。 167。 《 傳感器原理及應用 》 磁電傳感器的溫度誤差 當溫度變化每攝氏度時 ， 對銅 線 變 化 量 為 dl/l≈ 104, dR/R≈ 102， dB/B的變化量決定于永久磁鐵的磁性材料 。 磁電傳感器的非線性誤差 傳感器線圈內(nèi)流過電流時 ， 產(chǎn)生一定的交變磁通 ， 疊加在永久磁鐵所產(chǎn)生的工作磁通上 ， 使恒定的氣隙磁通變化 。當轉(zhuǎn) 軸連接到被測轉(zhuǎn)軸上時， 外齒輪不動，內(nèi)齒輪隨被測軸而轉(zhuǎn)動，內(nèi)、外齒輪的相對轉(zhuǎn)動使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感生電動勢。 齒輪安裝在被測轉(zhuǎn)軸 上，與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。 《 傳感器原理及應用 》 《 傳感器原理及應用 》 《 傳感器原理及應用 》 式中： B0—— 工作氣隙磁感應強度； L—— 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。 有源傳感器： 不需要輔助電源 ， 就能把被測對象的機械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號 。 磁敏元件 第六章 磁電、磁敏式傳感器 《 傳感器原理及應用 》 ? 理解 磁電式傳感器的磁電轉(zhuǎn)換原理及結構特征； ? 了解 霍爾式傳感器的磁電轉(zhuǎn)換原理； ? 理解 霍爾效應，掌握實際使用方法。 ? 了解 磁敏元件的原理及結構特征。 特點： 輸出功率大 ， 性能穩(wěn)定 ， 具有一定的工作帶寬（ 10～ 1000 Hz） 。 0E N B L v??永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度切割磁力線從而產(chǎn)生感應電勢 。 1— 永久磁鐵； 2— 軟鐵； 3— 感應線圈； 4— 齒輪。顯然，感應電勢的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。 傳感器電流的磁場效應 167。 對 鋁 鎳 鈷 永 久 磁 合 金 ，dB/B≈ 102， 靈敏度隨溫度變化誤差為 這一數(shù)值是很可觀的 ， 需要進行溫度補償 。 磁電感應式傳感器（電動式） 位移 速度 加速度 e sv? x vt? dvadt?《 傳感器原理及應用 》 位移 速度 加速度 e sv? x vt? dvadt?《 傳感器原理及應用 》 ? 速度經(jīng)積分電路 可測量位移 01()ciu t u u d tRC? ? ? ?If C Ii R ui u0 + dxv d x v d tdt??? ?0 iu t u d t v t x? ? ??/i f iI I u R??理想運放 根據(jù) 0 01() tfu t I d tC?? ?設電容上初始電壓為零，輸出電壓是輸入電壓對時間積分 ui t u0 t iu e sv??測量電路 位移 《 傳感器原理及應用 》 ? 速度經(jīng)微分電路 可測量加速度 0 ()iffduu t I R R Cdt? ? ? ?If Rf Ic C ui u0 + cfII?理想運放 icduIcdt?因為 dvadt?? ?0 idu dvu t ad t d t? ? ?u0 t ui t 測量電路 — 加速度 iu e s v??《 傳感器原理及應用 》 五、磁電感應式傳感器的應用 167。 《 傳感器原理及應用 》 霍爾傳感器是利用 霍爾效應 實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器 。 ? 若磁感應強度 B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 ? 時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即 Bcos?，這時的霍爾電勢為 UH =KHIBcos? 《 傳感器原理及應用 》 2. 工作原理 霍爾效應是物質(zhì)中的運動電荷受磁場中洛侖茲 （ Lorentz)力作用而產(chǎn)生的一種特性 。一般要求霍爾元件靈敏度越大越好，霍爾元件的厚度 d 與 KH 成反比，因此，霍爾元件的厚度越小其靈敏度越高（一般 ）。 霍爾元件的殼體：用非導磁金屬 、 陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝 。 Ri ? Ro ，（ 100~2022?） 。 4).靈敏度 KH 在單位磁感強度下，通以單位控制電流時所產(chǎn)生的開路霍爾電壓。 其表現(xiàn)為 零位誤差 (不等位電勢誤差 )和溫度誤差 。 00 0[ 1 ( ) ] [ 1 ]H t H HK K t t K T??? ? ? ? ? ?《 傳感器原理及應用 》 ? 恒流源補償方法 :在霍爾元件上并聯(lián)一分流電阻 Rp IH RIN 當 T IP UH ? 由于恒流源電流 I 不變， R p自動增加分流，使 I p 增大， IH 下降， UH下降； ? 補償電阻 Rp 可選擇負溫度系數(shù) . IH RP T IP UH KH = RH /d =ρμ/d ? 多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)， T KH ，可通過減小 I 保持 KH I 不變，抵消溫度造成 KH 增加的影響。控制電流端串聯(lián)，各元件輸出端接輸出變壓器 B 的初級繞組，變壓器的次級便有霍爾電勢信號疊加值輸出。 集成霍爾傳感器由于減少了焊點 ， 顯著地提高了可靠性 ， 還具有 體積小 、 重量輕 、 功耗低等優(yōu)點 ， 應用越來越廣泛 。 線性霍爾集成傳感器廣泛用于位置 、 力 、 重量 、 厚度 、 速度 、 磁場 、 電流等的測量或控制 。利用這一原理可以測量與之有關的非電量，如力、壓力、加速度、液位和壓差等。力與電壓輸出有一些非線性時，可采用電路或單片機軟件來補償。 由于 UGN3501M的 靈敏度 為14mV／ mT， 則在 0~50A電流范圍內(nèi) ，其輸出電壓變化為 0~。 《 傳感器原理及應用 》 在右圖中，當磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關幾毫米時，霍爾 IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾 IC）起到限位的作用。當液面升、降到極限位置時，霍爾開關集成電路便輸出信號用以控制電機的開、關，從而達到控制液位的目的。 7. 制造霍爾元件的半導體材料中，目前用的較多的是鍺、銻化銦、砷化銦，其原因是（ ） A. 半導體中電子遷移率比空穴高 B. 半導體材料的電子遷移率比較大 C. 半導體較適宜制造靈敏度較高的霍爾元件 D. 半導體載流子濃度比金屬的大 8. 霍爾效應中，霍爾電動勢與（ ） A. 靈敏度成反比 B. 靈敏度成正比 C. 霍爾元件的厚度成反比 D. 霍爾元件的厚度成正比 《 傳感器原理及應用 》 9. 霍爾效應中 ， 霍爾電動勢與 （ ） A. 激磁電流成正比 B. 激磁電流成反比 C. 磁感應強度成正比 10. 下列不屬于霍爾元件基本特性參數(shù)的是（ ）。 從微觀上講 ， 材料的電阻率增加是因為電流的流動路徑因磁場的作用而加長所致 。 《 傳感器原理及應用 》 磁敏電阻的結構 等效電路 《 傳感器原理及應用 》 ? 磁敏電阻與霍爾元件屬同一類 ,都是磁電轉(zhuǎn)換元件 ,二者本質(zhì)不同是磁敏電阻沒有判斷極性的能力 ,只有與輔助材料 (磁鐵 )并用才具有識別磁極的能力 . （ 3）磁敏電阻的輸出特性 RM 磁敏電阻電路符號 《 傳感器原理及應用 》 ? 無偏置磁場時只能檢測磁場不能判別磁性 。由此可知， 磁敏二極管是 PIN 型的 。 《 傳感器原理及應用 》 （ 1） 伏安特性 磁敏二極管正向偏壓和通過其上電流的關系被稱為磁敏二極管的伏安特性。 《 傳感器原理及應用 》 （ 3） 磁敏二極管的磁靈敏度有三種定義方法 。因此，在實際使用時，必須對其進行溫度補償。 ② 差分式電路 差分電路不僅能很好地實現(xiàn)溫度補償 ， 提高靈敏度 ， 而且還可以彌補互補電路的不足 (具有負阻現(xiàn)象的磁敏二極管不能用作互補電路 )。 《 傳感器原理及應用 》 三、磁敏三極管 1. 磁敏三極管的結構 硅磁敏三極管和鍺磁敏三極管均屬雙極性長基區(qū)晶體管結構。 在正、反向磁場作用下，其集電極電流出現(xiàn)明顯變化 。 對于鍺磁敏三極管 ， 其磁靈敏度的溫度系數(shù)為 ％ ／ ℃ ；硅磁敏三極管磁靈敏度的溫度系數(shù)為－ ％ ／ ℃ 。 位移方向相反輸出極性變化 ， 可判別位移大小和方向 。若待測鋼棒無損傷部分在鐵芯之下時，鐵芯和鋼棒被磁化部分構成閉合磁路，激勵線圈感應的磁通為 ?，此時無泄漏磁通，磁場二極管探頭沒有信號輸出。 《 傳感器原理及應用 》 本章要點： ? 磁電感應式傳感器（電動式） 工作原理、 基本特性和應用； ? 霍爾式傳感器原理、霍爾傳感器的應用、 霍爾集成傳感器； ? 磁敏傳感器， 磁敏電阻器、磁敏二極管、 磁敏三極管。若采用磁性齒輪，則磁敏二極管或三極管的輸出波形近似正弦波，其頻率與齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。當溫度升高時 ， BG1 管集電極電流 Ic1 增加 ， 導致 BGm 管的集電極電流也增加 ， 從而補償了 BGm 管因溫度升高而導致 Ic 的下降 。 《 傳感器原理及應用 》 3. 磁敏三極管的主要特性 （ 1） 伏安特性 磁敏三極管的伏安特性類似普通晶體管的伏安特性曲線。其最大特點是基區(qū)較長，基區(qū)結構類似磁敏二極管，也有高復合速率的 r 區(qū)和本征 I 區(qū)。 《 傳感器原理及應用 》 ③ 全橋電路 將兩個互補電路并聯(lián)而成