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文件名称:传感器应用技术课件:磁电传感器.pptx
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更新时间:2025-06-06
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文档摘要

磁电类传感器第一节磁敏传感器

一、磁敏电阻磁敏电阻是根据导体的磁阻效应(即导体的电阻值随磁场的强弱变化)而制作的。磁敏电阻又叫磁控电阻,是一种对磁场敏感的半导体元件,它可以将磁感应信号转换成电信号。根据制造材料,磁敏电阻有金属膜(如钴镍合金、铁镍合金)磁敏电阻、半导体磁敏电阻(如砷化镓、锑化铟)两大类。

一、磁敏电阻1.磁敏电阻的结构磁敏电阻结构示意图如图所示。

一、磁敏电阻2.磁敏电阻的原理磁敏电阻是利用半导体的磁阻效应制成,续航用锑化铟材料加工而成。半导体材料的磁阻效应包括物理磁阻效应和几何磁阻效应。(1)物理磁阻效应物理磁阻效应又称磁电阻率效应。在一个长方形半导体锑化铟片中,沿长度方向有电流通过时,若在垂直与电流片的宽度方向上施加一个磁场,半导体锑化铟片长度方向上就会发生电阻率增大的现象,这种现象称为物理磁阻效应。

一、磁敏电阻(2)几何磁阻效应半导体材料磁阻效应与半导体几何片状有关的物理现象,经过实验证明,当半导体片长度大于宽度时,磁阻效应并不明显,相反,当长度小于宽度时,磁阻效应就很明显。

二、磁敏二极管磁敏二极管是利用磁阻效应进行磁电转换,电特性随着外部磁场的改变而显著变化。磁敏二极管具有灵敏度高、体积小、无触点、输出功率大等优点。它广泛的应用于无触点开关、转速测量、磁场检测等方面。

二、磁敏二极管1.磁敏二极管的基本结构和特性磁敏二极管的结构如图所示。它的结构形式与二极管相似。磁敏二极管具有和一般二极管一样的单向导电特性,在有磁场作用时,流过磁敏二极管的电流会随着磁场的强弱和方向而变化,是一种探测磁场的有效器件。a)外形结构;b)结构示意图磁敏二极管结构

三、磁敏三极管磁敏三极管有PNP型和NPN型两种结构,按照半导体材料又可分为锗磁敏三极管和硅磁敏三极管。磁敏三极管的外形和结构如图所示。当磁敏三极管未受磁场作用时,基极电流大于集电极电流,β<1。当受到正向磁场(H+)作用时,集电极电流将显著下降,当反向磁场(H-)作用时,集电极电流将增大。可见,磁敏三极管在正、反磁场的作用下,其集电极电流出现明显变化。这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。

磁电类传感器第二节霍尔传感器

霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器。它具有结构简单、体积小、重量轻、频率响应范围宽等优点,可以实现无接触测量,用于力、压力、微位移、磁感应强度、功率、相位等信号的测量。

一、霍尔效应如图所示,一块N型半导体薄片(霍尔元件)位于磁感应强度为B的磁场中,B垂直于半导体薄片所在的平面。沿ab方向通以恒定电流I,半导体中的多数载流子——电子受到洛仑兹力FL的作用,向一侧面偏转,使该侧面积累电子而带负电,在相对侧面上因缺少电子而带有等量的正电荷,从而在半导体的两侧面上产生电势EH,称为霍尔电势。这种现象就是霍尔效应。

二、霍尔元件霍尔元件利用霍尔效应将被测量(如电流、磁场、位移及压力等)转换成电动势。1.霍尔元件的结构霍尔电势的大小与材料的性质和尺寸有关,是一种四端型器件,按结构分为体型和薄膜型两种。霍尔元件结构示意图a)体型b)改进型c)薄膜型

二、霍尔元件霍尔元件的符号2.霍尔元件的主要技术参数1)输入电阻Rin2)输出电阻Ron3)额定控制电流IC4)乘积灵敏度KH5)不等位电势UM6)磁灵敏度7)霍尔电压温度系数β

二、霍尔元件3.霍尔元件的选用霍尔元件的基本选择原则如下:(1)磁场测量对于精度要求高的磁场测量,一般选用灵敏度较高的砷化镓霍尔元件,其精度不低于±0.5%。(2)电流测量大部分霍尔元件可用于电流测量,如果精度要求高时,选用砷化镓霍尔元件;如果精度要求不高时,可选用硅、锗等霍尔元件。

二、霍尔元件(3)转速和脉冲测量测量转速和脉冲时,通常选用集成霍尔开关和锑化铟霍尔元件。如VCD、光驱等设备中的驱动电机采用锑化铟霍尔元件对电机的位置进行检查,大大提高了电动机的使用寿命(4)信号测量通常利用霍尔电动势与控制电流的大小和被测磁场强弱成正比的原理,且被测磁场与霍尔元件表面的夹角成正弦关系的特性而设计成函数发生器。利用霍尔元件的输出与控制电流和被测磁场成正比的特性,设计制造功率表、电能表等。

三、集成霍尔传感器霍尔集成电路的优点:体积小、灵敏度高、输出幅度大、受温度影响小、对电源的稳定性要求不高,安装使用方便、坚固耐用等。在检测技术中得到了广泛的应用。集成霍尔传感器按用途分为线性型(用于测量)和开关型(用于控制)两大类。

三、集成霍尔传感器1.霍尔开关集成传感器霍尔开关集成传感器是能感知与磁信息有关的物理量,并以开关信号的形式输出。霍尔开关集成传感器具有使用寿命长,无触点磨损,工作频率高,温度特性好,能适应恶劣环境等优点。如图所示,霍尔开关集成传