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磁電傳感器與霍爾傳感器有什么區(qū)別

只要工作原理，和二者的結(jié)構(gòu)，越準(zhǔn)確越好，謝謝: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-07-05

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§6-1 磁電式傳感器磁電式傳感器（也稱電磁感應(yīng)傳感器）：它是基于電磁感應(yīng)的傳感器。利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電勢。特點(diǎn):不需要供電電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，輸出電壓靈敏度高。 §6-1-1 磁電式傳感器的工作原理一、磁電式傳感器的工作原理：磁電式傳感器的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)原理。當(dāng)通過回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與磁通量對時間變化率的負(fù)值成正比。（6-1）式中：Φ為線圈的磁通；N為線圈的匝數(shù)。二、線圈在恒定均勻磁場作直線運(yùn)動并且切割磁力線時：線圈的磁通：（6-2）線圈兩端感應(yīng)電勢：（6-3）其中：θ：線圈運(yùn)動方向與磁場方向的夾角； B V B：磁感應(yīng)強(qiáng)度；x：位移；l：每匝線圈的平均長度； θ V：線圈與磁場相對運(yùn)動的速度。當(dāng)θ=900時：（6-4）三、線圈相對磁場旋轉(zhuǎn)切割磁力線時：線圈兩端感應(yīng)電勢：（6-5）其中，θ為線圈平面的法線方向與磁場方向的夾角； A：線圈截面積；ω：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動角速度。當(dāng)θ=900時：（6-6）結(jié)論：當(dāng)N、B、A、l為定值時，感應(yīng)電動勢e與線圈和磁場的相對運(yùn)動速度v（或ω）成正比。改變磁通方法或用線圈切割磁力線方法產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以磁電式傳感器可以分為變磁通式和恒磁通式兩種類型。 §6-1-2 恒磁通式磁電傳感器一、工作原理：氣隙磁通保持不變，感應(yīng)線圈與磁鋼作相對運(yùn)動，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由式（6-3）得到：。二、磁電式振動傳感器：（圖6-1所示）圖6-1 磁電式振動傳感器的結(jié)構(gòu)圖 1-彈簧片 2-永久磁鐵 3-阻尼器 4-引線 5-芯桿 6-外殼 7-線圈 8-彈簧片 1. 1．組成：固定部分：永久磁鐵、殼體。可動部分：線圈、芯桿、阻尼環(huán) 彈簧片 2．工作原理：殼體振動線圈切割磁力線感應(yīng)電動勢勢（1）傳感器緊固在振動體上，外殼及磁鐵與振動體一起震動。（2）線圈與磁鐵作相對運(yùn)動而切割磁力線。（3）線圈兩端產(chǎn)生電動勢，且。（4）e的大小就代表了v的大小。（5）還可經(jīng)過積分或微分電路測量位移或加速度。 §6-1-3 變磁通式電磁傳感器一、工作原理：產(chǎn)生磁場的永久磁鐵和線圈都固定不動，通過磁通Φ的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e。變磁通式又稱磁阻式，常用于角速度的測量。二、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器：（圖6-2所示） 1．組成：固定部分：磁鐵、感應(yīng)線圈、極靴。可動部分：鐵磁材料的旋轉(zhuǎn)齒輪。圖6-2 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)圖 1.永久磁鐵;2.軟鐵極靴;3.感應(yīng)線圈;4.齒輪 2．工作原理：齒輪轉(zhuǎn)動氣隙交替變化磁阻變化磁通變化產(chǎn)生感應(yīng) 電動勢由于傳感齒輪每轉(zhuǎn)過一個齒，感應(yīng)電勢經(jīng)歷了一個周期。所以，周期T＝轉(zhuǎn)過一個齒所用的時間。得：（6-7）或：（6-8）式中：T為感應(yīng)電動勢的周期；Z為齒輪齒數(shù)；n為轉(zhuǎn)速；f為感應(yīng)電動勢的頻率。從（6-8）式可得：從測f得到轉(zhuǎn)速n的值。 §6-2 霍爾傳感器霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。這種傳感器是一片矩形的P型半導(dǎo)體（稱為霍爾元件），通常是由砷化銦（InAs）制成的。它可以直接測量磁場及微位移，也可以間接測量液位、壓力等工業(yè)參數(shù)。它具有靈敏度高、線性度和穩(wěn)定性好、體積小、重量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好、壽命長和耐高溫等特性。 §6-2-1霍爾傳感器的外形結(jié)構(gòu)和性能一、霍爾傳感器的外形：（圖6-3所示） (a) (b) (c) 圖6-3 霍爾傳感器的外形圖 (a)霍爾元件；(b)霍爾接近開關(guān)；(c)霍爾電流傳感器二、霍爾元件的結(jié)構(gòu)和符號：圖6-4 霍爾元件 1．圖6-4（a）：從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個相互垂直方向側(cè)面上，引出一對電極，其中1-2電極用于加控制電流，稱控制電極。另一對3-4電極用于引出霍爾電勢，稱霍爾電勢輸出極。在基片外面用金屬或陶瓷、環(huán)氧樹脂等封裝作為外殼。 2．圖6-4（b）：霍爾元件的外形圖。 3．圖6-4（c）：霍爾元件通用的圖形符號。三、霍爾接近開關(guān)介紹： 1．特點(diǎn)：響應(yīng)頻率高，重復(fù)定位精度高，抗干擾能力強(qiáng)，多種保護(hù)功能，有工作狀態(tài)指示燈，可以和編程控制器(PC)直接接口，高可靠性和長壽命等。 2．技術(shù)參數(shù)：參數(shù)/型號 JK JB JZ 5002C 8002C 5002D 8002D 5020D 8020D 5050D 8050D 8100D 電源電壓(V) 5～24 8～30 負(fù)載電流(mA) 20 200 500 1000 工作距離(mm) 5～7 8～11 5～7 8～11 5～7 8～11 5～7 8～11 8～11 輸出低電平(V) ≤0.4 ≤0.5 ≤1.0 響應(yīng)頻率(KHz) 100 50 定位精度(mm) 0.02 指示燈 N/Y Y Y Y 極性和浪涌保護(hù) N N Y Y 過熱保護(hù) Y Y Y Y 輸出方式 NPN NPN/PNP 工作溫度(℃) I -40～+125 Ⅱ-25～+85 3．使用：（1）配套磁鋼采用Φ8×4釹鐵硼磁鋼S面(表面磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.3T)。（2）接線方式：紅：電源(Vcc)；黃：輸出(VOUT)；黑：地線(GND)。（3）接線圖：圖6-5 霍爾接近開關(guān)的接線圖 4. 觸發(fā)方式：圖6-6 霍爾接近開關(guān)的觸發(fā)方式 §6-2-2霍爾傳感器的工作原理一、霍爾傳感器的工作原理：霍爾傳感器的工作原理是基于霍爾效應(yīng)。而霍爾效應(yīng)是置于磁場中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中流過電流時，若是沒有磁場的影響，則正電荷載流子能平穩(wěn)地流過，此時，輸出端（從載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向的兩個面引出）的電壓為0。當(dāng)加入一個與電流方向垂直的磁場時(圖6-7所示)，電荷載流子會由于洛倫慈力的作用而偏向一邊，在輸出端產(chǎn)生電壓——霍爾電壓。這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。圖6-7 霍爾電壓的產(chǎn)生二、霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓大小的決定因素：主要由三個方面的因素決定： 1．電源提供的電流的大小。 2．霍爾元件所處磁場的強(qiáng)度。 3．霍爾元件的物理尺寸?；魻栯妷菏呛驮穸纫约按帕€垂直穿過的橫斷面積成正比的。由于霍爾元件的物理尺寸是不會變化的，因此霍爾電壓為：（6-9）其中：KH為霍爾元件的靈敏度：從上式得出：霍爾電壓UH正比于I和B，當(dāng)控制電流I恒定時，B越大，UH越大，B改變方向時，UH也改變方向；而當(dāng)B恒定時，I變化時，UH也變化。 §6-2-3 霍爾傳感器的測量電路及補(bǔ)償一、測量電路：圖6-8 霍爾傳感器的測量電路二、溫度誤差及補(bǔ)償：由于霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對溫度的變化很敏感。為了減小霍爾元件的溫度誤差，可采取： 1．選用溫度系數(shù)小的元件。 2．采用恒溫措施。 3．采用恒流源供電：三、零位特性及補(bǔ)償： 1．零位特性：在無外加磁場或無控制電流的情況下，元件產(chǎn)生輸出電壓的特性。 2．零位誤差：零位特性產(chǎn)生的誤差。 3．不等位電壓：霍爾元件的激勵電流為額定電流IN而磁感應(yīng)強(qiáng)度為0時，所測得的空載霍爾電壓UO。 4．不等位電阻R0：R0=UO/IN 不等位電壓產(chǎn)生的主要原因：霍爾電極安裝時不在同一個電位面上，兩者之間存在不等位電阻。（圖6-9所示） IN RO UO 圖6-9 不等位電阻的產(chǎn)生圖6-10 橋路補(bǔ)償電路補(bǔ)償方法：利用橋路平衡的原理來補(bǔ)償。見圖6-10所示。 §6-2-4 霍爾傳感器的應(yīng)用一、測量磁場：在控制電流恒定時，由于，霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比?；魻杺鞲衅魈貏e適用于微小氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度、高梯度磁場參數(shù)的測量。二、測量壓力：它是把壓力先轉(zhuǎn)換成位移后，再應(yīng)用霍爾電壓與位栘關(guān)系測量壓力。圖6-11中作為壓力敏感元件的彈簧片，其一端固定，另一端安裝著霍爾元件，當(dāng)輸入壓力增加時，彈簧伸長，使處于恒定梯度磁場中的霍爾元件產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從霍爾元件輸出的電壓的大小即可反映出壓力的大小。且磁場梯度越大，輸出霍爾電壓對位移變化的靈敏度越高，磁場梯度越均勻，輸出電壓對位移的線性度就越好。圖6-11 霍爾壓力傳感器 a）彈簧片式；b）波紋管式三、測量轉(zhuǎn)速：當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，經(jīng)過放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。（見圖6-12所示） S 磁鐵線性霍爾元件圖6-12 霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速圖6-13 霍爾接近開關(guān) 四、霍爾接近開關(guān)：（圖6-13所示）當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動作距離時，霍爾接近開關(guān)動作。霍爾接近開關(guān)還配一塊釹鐵硼磁鐵。當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運(yùn)動部件停止移動，起到限位的作用。五、霍爾電流傳感器：結(jié)構(gòu)如圖6-14所示用一環(huán)形導(dǎo)磁材料制作成磁心，套在被測電流流過的導(dǎo)線上，在磁心上開一氣隙，內(nèi)置一個霍爾傳感器。當(dāng)導(dǎo)線中有電流流過時，便在磁心中感生磁場，霍爾元件受到磁場的作用，輸出霍爾電壓。導(dǎo)線中電流越大，磁場越強(qiáng)，輸出霍爾電壓越大。當(dāng)磁場恒定時，霍爾電壓與控制電流之間呈線性關(guān)系，可用它直接測量電流——鉗形電流表，: 回答者：網(wǎng)友

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