传感器及RFID技术应用（第二版）转速流量测量.ppt

一霍尔传感器二）霍尔传感器应用（2）霍尔元件的驱动电路霍尔元件有恒压和恒流两种驱动方式，图6-6、图6-7分别示出了这两种驱动方式的电路原理图。一般情况下，GaAs霍尔器件宜选用恒流源驱动，InSb霍尔器件宜选用恒压源驱动方式。这是因为GaAs器件在恒流驱动方式下霍尔电压VH的温度系数比较小（仅有-0.06%/oC），且VH与磁感应强度B关系曲线有良好的线性度；而InSb器件在恒压驱动方式下VH的温度系数比较小。图6-6霍尔元件恒压驱动电路图6-7霍尔元件恒流驱动电路一霍尔传感器二）霍尔传感器应用3）霍尔元件的输出放大电路图6-8是霍尔电压的测量放大器。其中，A1，A2共同组成第一级，为结构对称的同相比例运放，有很高的输入电阻以及较低的漂移和失调。A3是差分放大级，用于将差分输入转换成为单端输出。由图中标出的各级输入/输出关系，可以推知该放大器的输出电压UO与霍尔输入电压UH之间存在如下所示的关系式：（6-11）一霍尔传感器二）霍尔传感器应用2.霍尔集成电路霍尔集成电路是指内部不仅包含霍尔元件，还包含有运放等电路的IC器件，它包括线性型霍尔集成电路与开关型集成电路两大类，其内部结构以及特点如表6-1所示。其简单的应用电路图如图6-9所示。图6-9开关型霍尔传感器简单的应用电路一霍尔传感器二）霍尔传感器应用线性型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路内部结构特点(1)精度高；(2)霍尔电压随外磁场B变化线性度好。（1）输出随外磁场B呈开关变化；（2）有单稳态和双稳态两种形式；（3）无触点。典型器件S49E线性型霍尔UGN3501/3503线性型霍尔A3144E霍尔元件CS1018/20/28霍尔元件UGN3119/3140线性型霍尔表6-1霍尔集成电路的分类及特点一霍尔传感器二）霍尔传感器应用3.霍尔式磁敏传感器的应用由霍尔效应的基本公式6-7可知，霍尔电压VH与输入控制电流Ic以及磁感应强度B均为线性关系。因此，可保持Ic不变通过测量VH来得到B，也可保持B不变通过测量VH来得到Ic，还可测量VH直接得到Ic和B的乘积，这样就可以得到各种类型的基于霍尔效应的传感器。霍尔元件可用于交直流电压、电流、功率以及功率因数的测量，还可用于磁场、线圈匝数、磁性材料矫顽力的测量。除此之外，还可利用霍尔效应来测量速度、里程、圈数、流速、位移、镀层及工件厚度等，下面给出几个相应的例子。1）霍尔元件用于功率测量假设霍尔器件的控制电流Ic与负荷电压V成正比，即：故有：若用负荷电流I来产生相应的磁场B，即：（6-11）（6-12）（6-13）将上述Ic和B的表达式代入霍尔效应的基本公式（6-7）：一霍尔传感器二）霍尔传感器应用可得：式中，而KH，k1，k2一般情况下都是常数，故k也是常数，由此可知，只要测出了霍尔电压VH，就可以得到功率P。对于上述功率测量方法，将负荷电压接入霍尔元件的控制端，而负荷电流则通过一种称之为霍尔变流器（或称霍尔CT，CurrentTransformer）的器件变换为相应的磁场，霍尔变流器的原理如图6-10所示。图6-10霍尔变流器原理图（6-14）（6-15）一霍尔传感器二）霍尔传感器应用2)霍尔元件用于磁场的测量以及铁磁物体的探测图6-11所示为霍尔元件用于磁场测量的电路原理框图。它是在保持控制电流IC不变的情况下，通过测量霍尔电压VH来得到被测磁场的。图6-11霍尔磁场测量系统原理框图图6-11中恒流驱动电路、测量放大器设计可参考项目实施中的图6-6、图6-7和图6-8。图6-12示为磁性物体探测电路原理框图。当磁性物体靠近霍尔元件时，会引起霍尔元件感磁面的磁场发生变化，从而引起其输出的霍尔电压发生变化。当该电压大于所设定的阈值电平时，电平比较电路就会输出一高电平（或低电平），使得后级信号输出电路产生输出信号。该电路适宜用作诸如检测马达转速之类的霍尔元件接口电路。图6-12磁性物体探测电路原理框图3)霍尔元件用于微位移的测量一霍尔传感器二）霍尔传感器应用一般是将霍尔元件固定在被测的移动物体上，并置于梯度为a的均匀磁场中。假定霍尔元件控制电流Ic保持不变，且磁感应强度B的梯度方向与物体位移方向x一致。将霍尔元件基本表达式两边对x求导，得两边对x积分，可得：在式6-17中，const为