学习情境五:数字式转速表测速系统 [目的要求] 掌握霍尔式传感器、光纤传感器、红外线传感器原理应用。 [学习重点] 霍尔式传感器的应用。

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学习情境五:数字式转速表测速系统 [目的要求] 掌握霍尔式传感器、光纤传感器、红外线传感器原理应用。 [学习重点] 霍尔式传感器的应用。 [学习建议] 通过设计组装电路全面掌握霍尔式传感器 [学习内容] (一)电路原理分析 (二)电路设计 (三)元件参数分析 (四)电路组装调试

1、霍尔传感器的工作原理

1)概述: 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,得到广泛的应用。可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 2)特点: 霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高,耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

3)霍尔元件 金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种物理现象称为霍尔效应。

设图中的材料是N型半导体,导电的载流子是电子。在z轴方向的磁场作用下,电子将受到一个沿y轴负方向力的作用,这个力就是洛仑兹力。它的大小为: FL=qvB

通过以上分析可知: 1)霍尔电压UH与材料的性质有关,霍尔元件一般采用N型半导体材料。 2)霍尔电压UH与元件的尺寸有关。 d 愈小,KH 愈大,霍尔灵敏度愈高,所以霍尔元件的厚度都比较薄,但d太小,会使元件的输入、输出电阻增加。 霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。控制电流恒定时愈大愈大。当磁场改变方向时,也改变方向。

2、霍尔元件 霍尔电压UH正比于控制电流和磁感应强度。在实际应用中,总是希望获得较大的霍尔电压。 通过霍尔元件的最大允许控制电流为 霍尔元件在最大允许温升下的最大开路霍尔电压:

霍尔元件的组成:由霍尔片、四根引线和壳体组成,如下图示。

3、霍尔传感器的应用 1)测位移

2)测转角

3)测转角或转速 叶片和齿轮位置传感器

案例:汽车速度测量:

4、测量原理

5、测量转速电路的设计

6、元件简介 1)KMI15 2)LM393

小结: 本次训练主要讲解了霍尔传感器的结构原理,介绍了霍尔传感器的选择应用,进行测速电路的设计与制作,进行速度的测量,同学们课后要重视查找相关资料,注重知识的积累。

思考题 1. 什么是霍尔效应? 2. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件? 3. 为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料? 4. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系? 5. 什么是霍尔元件的温度特性?如何进行补偿? 6. 集成霍尔传感器有什么特点?