項目12霍爾式位移傳感器的安裝與調試項目描述本項目安裝并測試一臺霍爾式測速傳感器。霍爾傳感器是一種磁敏傳感器，它是把磁學物理量轉換成電信號的裝置，廣泛應用于自動控制、信息傳遞、電磁測量、生物醫學等各個領域。它的最大特點是非接觸測量。知識和能力目標；掌握霍爾效應、磁阻效應原理。熟悉集成霍爾傳感器的特性及應用。霍爾元件主要參數及誤差補償措施。能分析由霍爾式傳感器組成檢測系統的工作原理，熟練應用霍爾式傳感器對磁場、位移、壓力等物理量的測量。知識準備

一、

熟悉霍爾效應及霍爾元件

1.霍爾效應金屬或半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場（磁場方向垂直與薄片）中，如圖7-2所示，當有電流I通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢UH,這種物理現象成為霍爾效應。該電勢UH稱霍爾電勢。UH==KH

IB

UH==如果磁場與薄片法線夾角為

那么UH=KHIBcos

常用國產霍爾元件的技術參數2.霍爾元件霍爾元件的結構很簡單，它由霍爾片、引線和殼體組成，(a)霍爾元件實物圖(b)結構示意圖(c)圖形符號

3.霍爾元件測量電路(1)基本測量電路霍爾元件的基本測量電路如圖7-4所示。激勵電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來調節。

(2)霍爾元件的輸出電路4.霍爾元件主要特性參數①乘積靈敏度KH②額定激勵電流IN和最大允許激勵電流Imax③輸入電阻Ri、輸出電阻R0④不等位電勢U0和不等位電阻R0⑤寄生直流電勢UOD⑥霍爾電勢溫度系數α

5.霍爾元件的誤差補償(1)不等位電勢的補償圖12-5不等位電勢的補償電路

(2)溫度補償①恒流源供電，輸入端并聯電阻；或恒壓源供電，輸入端串聯電阻，如圖12-6、12-7所示。②合理選擇負載電阻③采用熱敏元件圖12-6輸入端并聯電阻補償圖12-7輸入端串聯電阻補償

二、集成霍爾傳感器1.線性集成霍爾傳感器(a)UGN3501外形(b)內部框圖(c)輸出特性2.開關集成霍爾傳感器(a)UGN3020外形(b)內部框圖(c)輸出特性項目實施

三、霍爾式位移傳感器的安裝與調試通過本項目的實訓使大家進一步了解霍爾式傳感器原理與應用。本實訓項目需用器件與單元：霍爾傳感器實訓模塊、霍爾傳感器、直流源±4V、±15V、測微頭、數顯單元。如圖12-11所示。(a)霍爾傳感器(b)霍爾傳感器實訓模塊圖12-11需用器件與單元實訓步驟：1.將霍爾傳感器按圖12-12安裝。霍爾傳感器與實訓模塊的連接按圖12-13進行。1、3為電源±4V，2、4為輸出。圖12-12霍爾傳感器安裝示意圖圖12-13霍爾傳感器位移直流激勵接線圖2.開啟電源，調節測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調節Rw1（Rw3處于中間位置）使數顯表指示為零。3.旋轉測微頭向軸向方向推進，每轉動0.2mm記下一個讀數，直到讀數近似不變，將讀數填入表12-2。任務3霍爾傳感器的應用歸納起來，霍爾傳感器有三個方面的用途：①當控制電流不變時，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應強度，利用這一關系可反映位置、角度或勵磁電流的變化。②當控制電流與磁感應強度皆為變量時，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。在這方面的應用有乘法器、功率計以及除法、倒數、開方等運算器，此外，也可用于混頻、調制、解調等環節中，但由于霍爾元件變換頻率低，溫度影響較顯著等缺點，在這方面的應用受到一定的限制，這有待于元件的材料、工藝等方面的改進或電路上的補償措施。③若保持磁感應強度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關系，可以組成回轉器、隔離器和環行器等控制裝置。項目拓展

四、霍爾傳感器的應用歸納起來，霍爾傳感器有三個方面的用途：①當控制電流不變時，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應強度，利用這一關系可反映位置、角度或勵磁電流的變化。②當控制電流與磁感應強度皆為變量時，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。在這方面的應用有乘法器、功率計以及除法、倒數、開方等運算器，此外，也可用于混頻、調制、解調等環節中，但由于霍爾元件變換頻率低，溫度影響較顯著等缺點，在這方面的應用受到一定的限制，這有待于元件的材料、工藝等方面的改進或電路上的補償措施。③若保持磁感應強度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關系，可以組成回轉器、隔離器和環行器等控制裝置。1.YSH-1型霍爾壓力變送器(a)YSH-1型霍爾壓力變送器實物圖(b)YSH-1型霍爾壓力變送器的轉換機構示意圖2．霍爾加速度傳感器

(a)加速度傳感器結構示意圖(b)靜態特性3．無觸點開關(a)按鈕放開狀態(b)按鈕按下狀態4．霍爾計數裝置

(a)計數工作示意圖(b)計數工作電路圖

5．霍爾無刷電動機霍爾無刷電動機結構示意圖五、它磁敏傳感器（一）

.磁敏電阻器1。磁阻效應將一個載流導體位于外磁場中，除了會產生霍爾效應以外，其電阻值也會隨著磁場而變化，這種現象稱為磁電阻效應，簡稱為磁阻效應．磁阻效應是伴隨者霍爾效應同時發生的一種物理效應，磁敏電阻就是利用磁阻效應制作成的一種磁敏元件。(2)磁敏電阻的結構圖12-19常見磁敏電阻結構3磁敏電阻的應用圖12-20InSb磁敏電阻無觸點開關圖12-21InSb磁敏無接觸角度傳感器（二）.磁敏晶體管1.磁敏二極管(1)磁敏二極管結構(a)磁敏二極管的結構示意圖(b)磁敏二極管電路符號

(2)磁敏二極管工作原理磁敏二極管工作原理(3)溫度補償和提高磁靈敏度的措施磁敏二極管的特性受溫度影響較大，所以應進行必要的溫度補償。①互補式電路②差分式電路③熱敏電阻補償

(a)互補式電路(b)差分式電路(c)熱敏電阻補償3.磁敏三極管現以NPN型磁敏三極管為例介紹磁敏三極管的結構和工作原理。（1）磁敏三極管的結構（2）磁敏三極管工作原理(a)無磁場作用

(b)施加正向磁場B+(c)施加反向磁場B-圖12-26磁敏三極管工作原理(3)磁敏三極管的溫度補償和提高靈敏度的措施(a)普通硅三極管補償(b)磁敏二極管對磁敏三極管的溫度補償(c)差分補償電路圖12-27磁敏三極管的溫度補償方法(a)雙集電極磁敏三極管(b)外磁場垂直于硅片表面結構雙集電極磁敏三極管4.磁敏二極管和磁敏三極管的應用(1)無觸點開關(2)無刷直流電機(3)測量電流無觸點開關電路原理圖無刷直流電機工作原理圖磁敏二極管測量電流工作原理圖項目小結通過本項目的學習主要給大家介紹了霍爾效應和磁阻效應的概念、霍爾傳感器的類型、霍爾元件的不等位電勢的補償以及霍爾傳感器的用途。1.位于磁場中的靜止載流導體，當電流I的方向與磁場強度B的方向垂直時，則在載流導體中平行與B、I的兩側面之間將產生電動勢，這個電動勢稱為霍爾電勢，這種物理現象稱為霍爾效應。利用霍爾效應原理制成的傳感器稱為霍爾傳感器。2.霍爾傳感器有分立元件式（簡稱霍爾元件）和集成式（簡稱霍爾集成傳感器）兩種。霍爾元件由霍爾片、引線和殼體組成；集成霍爾傳感器是將霍爾元件、放大器、施密特觸發器以及輸出電路等集成在一起的一種傳感器。按照輸出信號的形式，可以分為開關型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。3.由于在制造工藝方面的原因存在一個不等位電勢U0，從而對測量結果造成誤差。為解決這一問題，可采用具有溫度補償的橋式補償電路。為了減小霍爾電勢溫度系數a，需要對基本測量電路進行溫度補償的改進，常用方法有：采用恒流源提供控制電流；選擇合理的負載電阻進行補償；在輸入回路或輸出回路中加入熱敏電阻進行溫度誤差的補償。4.霍爾傳感器有三個方面的用途：（1）當控制電流不變時，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢正比于磁感應強度。（2）當控制電流與磁感應強度皆為變量時，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。（3）若保持磁感應強度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關系