传感器与检测技术课件 项目三测量物体转速3.2 霍尔传感器测量物体转速.pptx

《测量物体转速》项目三

测量物体力量学项目思维导图

测量物体力量学【知识目标】1．能掌握磁电式传感器、霍尔传感器、光电传感器的工作原理；2．能明白磁电式传感器、光电传感器的分类的作用与分类；3．能掌握霍尔传感器、光电传感器的组成结构和材料；4．能掌握接近开关的原理和应用；5．能掌握光电元件的常见类型。【技能目标】1．会复述恒磁通和变磁通的方法；2．会选择磁电感应传感器、霍尔传感器、光电传感器适合场合；项目教学目标

测量物体力量学3．知道霍尔传感器的应用方面有哪些；4．会结合生活生产实际举例说明各类传感器的应用。【素养目标】1．培养学生在遇到困境的时候，多转换思路，要知难而进，具有开拓创新的积极意识。2．培养学生养成团队精神，合作、协同有助于调动团队成员的所有资源与才智，“合作共赢”“协同创新”是团队发展、个体成长的必由之路。项目教学目标

3.2霍尔传感器测量物体转速任务描述汽车用速度及里程仪表中速度传感器是十分重要的部件。在汽车行驶过程中，控制器不断接收来自车速传感器的脉冲信号并进行处理，得到车辆瞬时速度并累计行驶路程。在这个系统中，常用霍尔式接近开关传感器作为测量车轮转速的传感器，对汽车行驶过程中的实时速度进行采集。霍尔式传感器的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本节课的任务目标。

3.2霍尔传感器测量物体转速知识链接：霍尔传感器测量物体转速一、霍尔传感器基本原理霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量，如图所示为霍尔传感器的外形图。

3.2霍尔传感器测量物体转速知识链接：霍尔传感器测量物体转速1.霍尔元件的工作原理霍尔发现，如果对位于磁场（B）中的导体施加一个电压（V），该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压（EH），人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。该电动势称为霍尔电动势，上述半导体薄片称为霍尔元件。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器，如图所示。一、霍尔传感器基本原理

3.2霍尔传感器测量物体转速知识链接：霍尔传感器测量物体转速一、霍尔传感器基本原理如图所示是一个N型半导体薄片，长为L、宽为l，厚为d。在垂直于该半导体薄片平面的方向上，施加磁感应强度为B的磁场，在薄片左右两端通以控制电流I，N型半导体的导电机制是自由电子沿着与电流I相反的方向运动，受力方向可由左手定则判定，即使磁力线穿过左手掌心，四指指向电流方向，则拇指就指向多数载流子所受洛伦兹力FL的方向。由于洛仑兹力FL的作用，自由电子会向一侧发生偏转（如图中虚线所示），结果在半导体的前端面上电子积累带负电，而后端面缺少电子带正电，在前后断面间形成电场。该电场产生的电场力FE阻止电子继续偏转。当FE和FL相等时，电子积累达到动态平衡。这时在半导体前后两端面之间（即垂直于电流和磁场方向）建立电场，称为霍尔电场EH，相应的电势称为霍尔电势UH。

3.2霍尔传感器测量物体转速知识链接：霍尔传感器测量物体转速一、霍尔传感器基本原理假设自由电子以匀速按如图3-12所示的方向运动，则在磁感应强度为B的作用下，每个电子所受到洛伦兹力为FL=evB（3.3）式中FL——洛伦兹力，N；e——电子的电量，e=1.602xl0-19C；v——半导体中电子的运动速度，m/s；B——磁感应强度，Wb/m2。任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。绝缘材料电阻率很大，电子迁移率很小，不适用；金属材料电子浓度很高，RH很小，UH很小。半导体电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型半导体（多电子）。

3.2霍尔传感器测量物体转速知识链接：霍尔传感器测量物体转速一、霍尔传感器基本原理2.霍尔传感器的结构一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化铟对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小，温度系数也较小，输出特性线性度好。

3.2霍尔传感器测量物体转速知识链接：霍尔传感器测量物体转速一、霍尔传感器基本原理霍尔元件是一种四端型器件，如图所示，它由霍尔片、4根