《自动检测技术与装置》电子课件

《自动检测技术与装置》电子课件,自动检测技术与装置,自动检测,技术,装置,电子,课件 磁电式传感器磁电式传感器机机械械能能电电 量量n根据根据电磁感应定律电磁感应定律，导体和磁场发生相对，导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输出；运动时，在导体两端有感应电动势输出；磁电感应式检测元件就是利用磁电感应式检测元件就是利用电磁感应定电磁感应定律律，实现将运动速度、位移等物理量转换，实现将运动速度、位移等物理量转换成线圈中的感应电动势输出。成线圈中的感应电动势输出。第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：对于对于对于对于N N N N匝线圈，当穿过线圈的磁通匝线圈，当穿过线圈的磁通匝线圈，当穿过线圈的磁通匝线圈，当穿过线圈的磁通变化时，线圈内产生感应电动势变化时，线圈内产生感应电动势变化时，线圈内产生感应电动势变化时，线圈内产生感应电动势e e e e的大小与与穿的大小与与穿的大小与与穿的大小与与穿过线圈的磁通过线圈的磁通过线圈的磁通过线圈的磁通变化率有关。变化率有关。变化率有关。变化率有关。工作原理工作原理第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件根据工作原理，磁电感应式检测元件的主要结构形根据工作原理，磁电感应式检测元件的主要结构形式分两种类型式分两种类型n恒定磁通式（恒磁阻式）恒定磁通式（恒磁阻式）n变磁通式（变磁阻式）变磁通式（变磁阻式）第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线圈工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。1.1.恒磁阻式检测元件恒磁阻式检测元件第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件（1）线速度型）线速度型动圈式动圈式永久磁铁永久磁铁线圈线圈弹簧弹簧1.1.恒磁阻式检测元件恒磁阻式检测元件第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件（1）线速度型）线速度型动铁式动铁式第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件线圈相对磁场作旋转运动线圈相对磁场作旋转运动,并切割磁力线，感生电势为：并切割磁力线，感生电势为：A：每匝线圈的截面积每匝线圈的截面积：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角:线圈与磁场之间的相对运动角速度线圈与磁场之间的相对运动角速度=9001-1-永久磁铁永久磁铁2-2-线圈线圈3-3-运动部分运动部分（2）角速度型）角速度型第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件线线圈圈、磁磁铁铁静静止止不不动动，测测量量齿齿轮轮安安装装在在被被测测旋旋转转体体上上，随随被被测测体体一一起起转转动动来来改改变变磁磁路路的的磁磁阻阻，引引起起磁磁通通量量变变化化，从从而而在在线圈中产生感应电动势。线圈中产生感应电动势。2 2、变磁阻式检测元件变磁阻式检测元件（1）开磁路变磁阻式）开磁路变磁阻式1一永久磁铁一永久磁铁2一软磁铁，一软磁铁，3一感应线圈一感应线圈4一测量齿轮一测量齿轮开磁路式转速检测元件结构原理开磁路式转速检测元件结构原理第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件当当转转轴轴连连接接到到被被测测转转轴轴上上时时，外外齿齿轮轮不不动动，内内齿齿轮轮随随被被测测轴轴而而转转动动，内内、外外齿齿轮轮的的相相对对转转动动使使气气隙隙磁磁阻阻产产生生周周期期性性变变化化，从从而而引引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。感应电势的频率与被测转速成正比。感应电势的频率与被测转速成正比。2 2、变磁阻式磁电传感器变磁阻式磁电传感器（2）闭磁路变磁阻式）闭磁路变磁阻式第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件n磁电感应式检测元件相当于一个电源磁电感应式检测元件相当于一个电源 3.3.磁电感应式检测元件的等效电路磁电感应式检测元件的等效电路第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件n检测元件的电流灵敏度检测元件的电流灵敏度Si和电压灵敏度和电压灵敏度Sv为：为：第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件n当磁电感应式检测元件工作温度发生变化，当磁电感应式检测元件工作温度发生变化，或受到外磁场干扰，或受到机械振动或冲或受到外磁场干扰，或受到机械振动或冲击时，其灵敏度都将发生变化而产生测量击时，其灵敏度都将发生变化而产生测量误差，其误差，其相对误差相对误差为为第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件4.磁电感应式检测元件的磁电感应式检测元件的误差分析误差分析（1 1）温度误差）温度误差（2 2）永久磁铁的不稳定性误差）永久磁铁的不稳定性误差（3 3）磁电式传感器的非线性误差）磁电式传感器的非线性误差第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件 通电的导体（半导体）垂直放在磁场中，导体在垂直于电流通电的导体（半导体）垂直放在磁场中，导体在垂直于电流I I与磁场与磁场B B方向上会产生方向上会产生感应电动势感应电动势，这种现象称为，这种现象称为霍尔效应霍尔效应。第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件2.8.2 霍尔检测元件霍尔检测元件霍尔效应霍尔效应 在在与与磁磁场场垂垂直直的的半半导导体体薄薄片片上上通通以以电电流流I I，假假设设载载流流子子为为电电子子(N(N型型半半导导体体材材料料)，它它沿沿与与电电流流I I相相反反的的方方向向运运动动，由由于于洛洛仑仑兹兹力力f fL L的的作作用用，电电子子将将向向一一侧侧偏偏转转，并并使使该该侧侧形形成成电电子子的的积积累累，而而另另一一侧侧形形成成正正电电荷荷积积累累，于于是是元元件件的的横横向向便便形形成成了了电电场场。该该电电场场阻阻止止电电子子继继续续向向侧侧面面偏偏移移，当当电电子子所所受受到到的的电电场场力力f fE E与与洛洛仑仑兹兹力力f fL L相相等等时时，电电子子的的积积累累达达到到动动态态平平衡衡。这这时时在在两两横横端端面面之之间间建建立立的的电电场场称称为为霍霍尔尔电电场场E EH H，相相应应的的电电势势称称为为霍霍尔尔电势电势U UH H。霍尔电势的产生霍尔电势的产生第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件在磁场作用下导体中的自由电子做定向运动。在磁场作用下导体中的自由电子做定向运动。每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧：每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧：霍尔电场作用于电子的力霍尔电场作用于电子的力霍尔电场霍尔电场当两作用力相等时电荷不再当两作用力相等时电荷不再 向两边积累达到动态平衡：向两边积累达到动态平衡：aaa霍尔电势霍尔电势第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件霍尔电势与电流和磁场强度的关系：霍尔电势与电流和磁场强度的关系：通过（半）导体薄片的电流通过（半）导体薄片的电流I I与下列因素有关：与下列因素有关：载流子浓度载流子浓度n n，电子运动速度，电子运动速度v v，导体薄片横截面积，导体薄片横截面积 a*da*d，e e 为电子电荷量。为电子电荷量。代入后：代入后：与材料有关与材料有关霍尔常数霍尔常数霍尔电势与电流霍尔电势与电流和磁场强度的乘和磁场强度的乘积成正比积成正比与薄片尺寸有关，厚度越小，与薄片尺寸有关，厚度越小，灵敏度越高。灵敏度越高。霍尔灵敏度霍尔灵敏度ada第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件特性：电流恒定时：U-B在一定范围内保持线性磁场恒定时：U-I保持良好线性关系内阻-磁场关系第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件霍尔集成器件：霍尔线性集成器件霍尔开关集成器件第八节第八节 磁电式检测元件磁电式检测元件