傳感器第五章第1頁，課件共36頁，創作于2023年2月㈠恒定磁通式——結構如圖。它由永久磁鐵（磁鋼）、線圈、金屬骨架和殼體組成。（動圈式）（動鐵式）第2頁，課件共36頁，創作于2023年2月——工作原理：測量時，殼體隨被測物體一起振動，由于動圈質量較大故慣性較大，且連接彈簧較軟，若振動頻率較高，則動圈來不及跟隨一起振動近于靜止不動。所以在永久磁鐵與線圈間有接近于振動體振動速度的相對速度。這樣，線圈將切割永久磁鐵產生的磁力線而產生感生電動勢。顯然，當傳感器結構參數確定后，B、l、N0均為一定，則電動勢e與振動速度v成正比。第3頁，課件共36頁，創作于2023年2月㈡變磁通式——結構如圖。由測量輪（固定在被測物體上）、軟鐵、線圈、永久磁鐵組成。（開磁路變磁通式）（閉磁路變磁通式）第4頁，課件共36頁，創作于2023年2月——工作原理測量輪隨被測物旋轉，磁路中的空氣隙將隨之變化，磁路的磁阻將隨之變化，磁路中磁通也隨之變化，則線圈中磁通也隨之變化，線圈中將產生感生電動勢。因測量輪旋轉一周，磁路磁阻也周期性變化二周，線圈中感生電動勢也周期性的變化二周，則測量輪轉速與輸出感應電動勢頻率為如關系為：第5頁，課件共36頁，創作于2023年2月二、設計要點——設計此類型傳感器要注意如下問題1、合理選擇工作氣隙的大?、儆绊懘艌鰪姸取碚撟C明,永久磁鐵產生的磁感應強度B0與下列因素有關。第6頁，課件共36頁，創作于2023年2月②影響線圈體積——氣隙體積大，氣隙間線圈體積可大，匝數可多，靈敏度提高，但同時也存在下列問題。第7頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、永久磁鐵的選擇①材料選擇——高剩磁、低矯頑力。如鎳鋼、鈷鋼等。②工藝選擇——依傳感器設計磁鐵形狀，盡可能使體積大。③穩定性處理——時效處理、高低溫處理、反復磁化、振動沖擊。第8頁，課件共36頁，創作于2023年2月3、線圈繞組設計①骨架問題——導電材料作骨架，由于電磁阻尼作用而使非線性誤差增加。故一般用絕緣材料作骨架。②線圈尺寸——保證線圈與磁路具有一定間隙前提下，盡量使其體積大（N↑→k↑

）③線圈與磁鐵相對運動范圍——不能使線圈超出磁場范圍（如圖）④線圈的電氣特性——主要是線圈內阻R，要考慮R的溫升和與后續電路匹配。第9頁，課件共36頁，創作于2023年2月三、誤差因素（動圈式為例，動圈可等效如圖電路）第10頁，課件共36頁，創作于2023年2月第11頁，課件共36頁，創作于2023年2月主要誤差因素：①線圈的“磁場效應”；②氣隙磁場的空間分布不均勻；③溫度變化引起。第12頁，課件共36頁，創作于2023年2月四、應用一、振動速度傳感器——結構原理如圖。質量塊（阻尼器+線圈）由彈簧片支承懸于傳感器的殼體中，殼體與永久磁鐵構成磁路固定在被測物體上。當殼體隨被測物體振動時，質量塊相對靜止而與殼體間形成相對運動，線圈切割磁力線而產生感應電動勢e。其大小為：v—質量塊對殼體的相對速度第13頁，課件共36頁，創作于2023年2月●被測速度vx與質量塊相對于殼體相對速度v的關系。——質量塊受力情況如圖，對于以殼體為參照系的非慣性坐標系有：第14頁，課件共36頁，創作于2023年2月兩邊進行拉氏變換有：第15頁，課件共36頁，創作于2023年2月第16頁，課件共36頁，創作于2023年2月第二節霍爾式傳感器——運用“霍爾效應”而將被測量轉換為電壓輸出的傳感器。一、工作原理與特性1、霍爾效應——金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種現象稱為霍爾效應。（如圖）第17頁，課件共36頁，創作于2023年2月第18頁，課件共36頁，創作于2023年2月設電流密度為j，則有：若B與薄片有一夾角α，則：VH=kHIBcosα顯然，通過此關系可以實現測量磁場B或電流I的目的。第19頁，課件共36頁，創作于2023年2月二、霍爾元件——由薄片、引線、電極組成。（如圖）（結構圖）（外形圖）（符號）（基本電路）第20頁，課件共36頁，創作于2023年2月制作要求：①焊點要求是歐姆接觸——純電阻接觸，無結效應；②接觸點要點接觸——接觸面要小，接觸點電容??；③注意薄片的內阻特性——UH與I、B、Ri有關，電極焊接點要四點對稱。第21頁，課件共36頁，創作于2023年2月三、誤差補償（一）零位誤差及補償零位誤差——霍爾元件在沒有外磁場作用時，仍有電壓輸出。即：零位誤差不等位電動勢；寄生直流電動勢。第22頁，課件共36頁，創作于2023年2月1、不等位電動勢及其補償●不等位電動勢——由于霍爾輸出端兩側電極點不能完全位于同一等位面上，而產生的電動勢輸出。①電極不對稱，而造成兩側電極不在同一等位面上。②電極對稱，但因霍爾片電阻率不均勻，厚薄不均勻，控制電流的電極接觸不良而造成等位面歪斜。第23頁，課件共36頁，創作于2023年2月●補償——霍爾元件可等效為一個四臂電橋，如圖。對于電橋，可以通過在橋臂上并聯可調電阻。如圖。對稱補償溫度穩定性好。第24頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、寄生直流電動勢●寄生直流電動勢——當霍爾片采用交流供電，則霍爾不等位電動勢輸出除了有交流不等位電動勢外，還有直流電動勢分量，此直流電動勢分量稱為寄生直流電動勢?！纳绷麟妱觿菔怯捎陔姌O接觸點的結效應、接觸點的電容效應、及焊點大小不等、熱容量不同而產生的?！裱a償——盡量使電極歐姆接觸，器件散熱均勻，引線分布合理。第25頁，課件共36頁，創作于2023年2月(二）霍爾元件的溫度誤差及其補償——一般半導體霍爾片的電阻率（ρ）、遷移率(μ)、濃度(n)等都隨溫度變化而變化。所以，溫度的變化將致使霍爾電動勢輸出變化而產生溫度誤差。為減小溫度誤差可使用溫度補償電路，下面介紹幾種溫度誤差補償方法。第26頁，課件共36頁，創作于2023年2月1、采用恒流源供電和輸入電路并聯電阻——補償電路如圖?！癫捎煤懔髟垂╇娗也⒙撘粋€電阻RP，則溫度穩定性提高第27頁，課件共36頁，創作于2023年2月第28頁，課件共36頁，創作于2023年2月●為使霍爾電動勢不隨溫度變化而變化，必須保證t0和t時的霍爾電動勢相等。顯然，選取RP使其滿足上式，可使溫度誤差減到極小。第29頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、合理選取負載電阻的阻值——如圖?；魻栐敵龆私迂撦dRL（放大器）第30頁，課件共36頁，創作于2023年2月由上式可知，通過串、并聯電阻的方法使上式成立來實現補償溫度誤差的目的。第31頁，課件共36頁，創作于2023年2月3、采用恒壓源和輸入回路中串聯電阻——補償電路如圖。第32頁，課件共36頁，創作于2023年2月●為使霍爾電動勢不隨溫度變化而變化，必須保證t0和t時的霍爾電動勢相等。顯然，選取RS使其滿足上式，可使溫度誤差減到極小。第33頁，課件共36頁，創作于2023年2月4、采用溫度補償元件（如熱敏電阻、電阻絲等）——如圖為四種補償電路。補償元件的阻值變化與霍爾元件的阻值變化要保證輸出