【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 萬用表置于直流50V擋，萬用表的紅表捧接③腳、黑表棒接②腳。觀察萬用表的指針變化，當(dāng)用磁鐵N 極逐漸接近傳感器的測(cè)試點(diǎn)時(shí)，萬用表所測(cè)電壓應(yīng)成線性變化，否則，說明該線性型霍爾傳感器已損壞，應(yīng)及時(shí)更換。 圖 開關(guān)型霍爾傳感器原理圖 圖 開關(guān)型霍爾傳感器輸出特性圖 霍爾傳感器測(cè)量電路電路圖如圖 所示 5 / 54圖 霍爾傳感器測(cè)量電路電路所選元件簡(jiǎn)介1）KMI15圖 KMI151 芯片外觀 a) KMI151 型傳感器的性能特點(diǎn) 3 KMI151 芯片內(nèi)含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和 IC。它利用 IC 來完成信號(hào)變換功能，其輸出的電流信號(hào)頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，電流信號(hào)的變化幅度為7mA~14mA。由于其外圍電路比較簡(jiǎn)單，因而很容易配二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)速。KMI151 器件的測(cè)量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍是 0~25mHz，而且即使在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率接近于零時(shí)，它也能夠進(jìn)行測(cè)量。傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為（典型值） ，由于與齒輪相距較遠(yuǎn)，因此使用比較安全。此外該傳感器抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)具有方向性，它對(duì)軸向振動(dòng)不敏感。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾（EM1）濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。KMI151 的體積較小，能可靠固定在齒輪附近。KMI151 采用＋12Ｖ電源供電（典型值） ，最高不超過 16V，工作溫度范圍寬達(dá)－ 40～＋85℃。b) 　工作原理KMI151 型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖 所示，它的兩個(gè)引腳分別為 UCC（接＋12V 電源端）和 U－（方波電流信號(hào)輸出端） 。為使 IC 處于較低的環(huán)境溫度中，設(shè)計(jì)時(shí)專門將 IC 與傳感元件分開，以改善傳感器的高溫工作性能。2） LM393圖 LM393 外觀LM393 是雙電壓比較器集成電路。該電路的特點(diǎn)如下：工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:177。1～177。18V；消耗電流小，3 王力:《中國電子器件手冊(cè)》,成都科技大學(xué)出版社 2022 年版，第 147 頁。+12348765+VCVC 6 / 54Icc=；lm393 是什么輸入失調(diào)電壓小，VIO=177。2mV；ab126 計(jì)算公式大全共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～；輸出與 TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插 8 引腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列 8 腳塑料封裝（SOP8） LM393 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表 主要參數(shù)表參數(shù)名稱 符號(hào) 數(shù)值 單位電源電壓 VCC 177。18 或 36 V 差模輸入電壓 VID 177。36 V 共模輸入電壓 VI ～VCC V 功耗 Pd 570 mW 工作環(huán)境溫度 Topr 0 to +70 ℃ 貯存溫度 Tstg 65 to 150 ℃ 表 電特性參數(shù)名稱符號(hào) 測(cè)試條件 最小 典型 最大 單位輸入失調(diào)電壓 VIO VCM=0 to VCC 177。 177。 mV 7 / 54VO(P)=, Rs=0 輸入失調(diào)電流 IIO 177。5 177。50 nA 輸入偏置電流 Ib 65 250 nA 共模輸入電壓 VIC 0 V RL=∞ mA 靜態(tài)電流 ICCQ RL=∞,Vcc=30V mA 電壓增益 AV VCC=15V, RL＞15kΩ 200 V/mV 灌電流 lsink Vi()＞1V, Vi(+)=0V, Vo(p)＜ 6 16 mA 輸出漏電流 IOLE Vi()=0V, Vi(+)=1V, VO=5V nA 應(yīng)用說明: LM393 是高增益,寬頻帶器件,象大多數(shù)比較器一樣,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合,則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí),輸出電壓過渡的間隙。電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問題,標(biāo)準(zhǔn) PC 板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于 10K 將減小反饋信號(hào),而且增加甚至很小的正反饋量(滯回 ~10mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩。除非利用滯后,否則直接插入 IC 并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩,如果輸入信號(hào)是脈沖波形,并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快,則滯回將不需要。比較器的所有沒有用的引腳必須接地。 LM393 偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V 無關(guān)。通常電源不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于 Vcc 并不損壞器件。 8 / 54表 LM393 引腳功能排列表 LM393 的輸出部分是集電極開路,發(fā)射極接地的 NPN 輸出晶體管,可以用多集電極輸出提供或 OR ing 功能。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上,不受 Vcc 端電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地 SPS 開路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用),輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的 β 值所限制。當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí),輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約 60ohm 的 γSAT 限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約)允許輸出箝位在零電平。 光電式 光電傳感器原理 光電傳感器通常是指能將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光學(xué)量的變化，再通過光電元件把光學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。光電式傳感器的工作原理如圖 所示： 輻射源 光學(xué)通路 光學(xué)器件 輸出被測(cè)量 被測(cè)量圖 光電式傳感器的工作原理示意圖引出端序號(hào) 功能 符號(hào) 引出端序號(hào) 功能 符號(hào)1 輸出端 1 OUT1 5 正向輸入端 2 1N+(2) 2 反向輸入端 1 1N(1) 6 反向輸入 2 1N(2) 3 正向輸入端 1 1N+(1) 7 輸出端 2 OUT2 4 地 GND 8 電源 VCC 9 / 54 光電傳感器的分類按光電元件輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系 4。模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔 )三大類。（1）透射式是指被測(cè)物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上，因此又稱之為吸收式。（2） 漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上，再從被測(cè)物體表面反射后投射到光電元件上。（3）遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物遮擋其中一部分，使投射到光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān)。 光電式傳感器轉(zhuǎn)換電路：電路所選元件簡(jiǎn)介：4 徐科軍：《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》，電 子工業(yè)出版社，第 143 頁。 10 / 54LM324 系列運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓范圍是 或+16V。 LM324 的特點(diǎn)： ：流：最大 100nA（LM324A）。模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 LM324 引腳圖 電阻式傳感器工作原理 11 / 54 電阻式 傳感器工作原理示意 圖　 電阻式傳感器是把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應(yīng)變式傳感器、電位器式傳感器和錳銅壓阻傳感器等。電阻式傳感器與相應(yīng)的測(cè)量電路組成的測(cè)力、測(cè)壓、稱重、測(cè)位移、加速度、扭矩等測(cè)量?jī)x表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門進(jìn)行自動(dòng)稱重、過程檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化不可缺少的工具之一 5。以典型的固態(tài)壓阻式壓力傳感器為例，硅單晶材料在受到外力作用產(chǎn)生極微小應(yīng)變時(shí)，其內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)的電子能級(jí)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其電阻率劇烈變化。用此材料制成的電阻也就出現(xiàn)極大變化，這種物理效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。利用壓阻效應(yīng)原理，采用集成工藝技術(shù)經(jīng)過摻雜、擴(kuò)散制成應(yīng)變電阻，構(gòu)成惠斯登電橋(Wheatstone bridge)，利用硅材料的彈性力學(xué)特性，在同一片硅材料上進(jìn)行各向異性微加工，就制成了一個(gè)集力敏與力電轉(zhuǎn)換檢測(cè)于一體的擴(kuò)散硅傳感器。 電阻式傳感器測(cè)量電路一般地，被測(cè)量是非常微弱的，必須用專門的電路來測(cè)量這種微弱的變化，最常用的電路就是各種電橋電路，主要有直流和交流電橋電路。一、直流測(cè)量電橋分析 如圖 所示為最常用的電阻電橋，有四個(gè)電阻組成橋臂，一個(gè)對(duì)角接電源，另一個(gè)作為輸出。 橋路形式 如圖所示，電橋各臂的電阻分別為 RRRR4，U 為電橋的直流電源電壓。當(dāng)四臂電阻 R1=R2=R3=R4=R 時(shí)，稱為等臂電橋；當(dāng) R1=R2=R,R3=R4=R39。≠R 時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋；當(dāng) R1=R4=R，R2= R3=R39?！賀 時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋。5 楊幫文：最新傳感器實(shí)用手冊(cè)，人民郵電出版社 第 98 頁。 12 / 54 圖 電橋電 路 圖 電流輸出型 工作方式 單臂工作：電橋中只有一個(gè)臂接入被測(cè)量，其它三個(gè)臂采用固定電阻；雙臂工作：如果電橋兩個(gè)臂接入被測(cè)量，另兩個(gè)為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式；全橋方式：如果四個(gè)橋臂都接入被測(cè)量則稱為全橋形式。 輸出方式電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負(fù)載情況而定。 1）電流輸出型 當(dāng)電橋的輸出信號(hào)較大，輸出端又接入電阻值較小的負(fù)載如檢流計(jì)或光線示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電橋?qū)⒁噪娏餍问捷敵?，如圖 所示，負(fù)載電阻為 Rg 由圖中可以得 21CARU??34CBRU?? 所以電橋輸出端的開路電壓 UAB 為 (141)1324()()ABCAR??? 應(yīng)用有源端口網(wǎng)絡(luò)定理，電流輸出電橋可以簡(jiǎn)化成圖 所示的電路。圖中 E39。相當(dāng)于電橋輸出端開路電壓 ，R39。為網(wǎng)絡(luò)的入端電阻ABU (142)39。 3412R?? 13 / 54 由圖 可以知道，流過負(fù)載 Rg 的電流為 (143)132439。 12343412()()()()ABgggRUIRRR?????? 當(dāng) Ig =0 時(shí)，電橋平衡，故電橋平衡條件為 。12? 當(dāng)電橋負(fù)載電阻 Rg 等于電橋輸出電阻時(shí)，即阻抗匹配時(shí)，有 39。 3412gRR?? 　這時(shí)電橋輸出功率最大，電橋輸出電流為： 　 (144)132412412()()gRUI R???? 輸出電壓為： (145)132412()()gUIRR??? 當(dāng)橋臂 R1 為與被測(cè)量有關(guān)的可變電阻，且有電阻增量 ΔR 時(shí)，略去分母中的ΔR 項(xiàng)則對(duì)于輸出對(duì)稱電橋, 1234?? 39。1()4gURI???? 對(duì)于電源對(duì)稱電橋， ， 14?39。23R?? 39。()gUI??? 對(duì)于等臂電橋， 1234RR?? ()8gI 由以上結(jié)果可以看出，三種形式的電橋，當(dāng) ΔR＜＜R 時(shí)，其輸出電流都與應(yīng)變片的電阻變化率即應(yīng)變成正比，它們之間呈線性關(guān)系。 14 / 54２） 電壓輸出型當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無窮大，這時(shí)電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達(dá)式為 (146)13240()(RUU??? 設(shè)電橋?yàn)閱伪酃ぷ鳡顟B(tài)，即 為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng) 感受被測(cè)1 1R量產(chǎn)生電阻增量 Δ 時(shí)，由初始平衡條件 = 得 ，代入式（146） ，1R1R3241423?則電橋由于 Δ 產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為1 (147) 對(duì)于輸出對(duì)稱電橋，此時(shí) 當(dāng) 臂的電阻產(chǎn)生變化 Δ =ΔR，1234RR??1 1R根據(jù)（147）可得到輸出電壓為 (148) 對(duì)于電源對(duì)稱電橋， ， 當(dāng) 臂產(chǎn)生電阻增量 Δ =ΔR14R?39。23R??1 1R時(shí)，由式（147）得 (149) 對(duì)于等臂電橋 當(dāng) R1 的電阻增量 Δ =ΔR 時(shí)，由式（147）1234RR??1R可得輸出電壓為　　　　　　　 　 (1410) 由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng) ΔR R 時(shí)，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)=生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對(duì)稱電橋的輸出電壓要比電源對(duì)稱電橋的輸出 15 / 54電壓大，即它們的靈敏度要高。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對(duì)稱電橋在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏