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霍尔传感器的原理特点和应用 传感器工作原理

时间:2020-05-25    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,当电流垂直于外磁场通过导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在导体的两端产生电势差,这一现象就是霍尔效应,这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应应使用左手定则判断。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路

目前的霍尔器件都可承受一定的振动,可在零下40℃到零上150℃范围内工作,全部密封不受水油污染,完够适应汽车的恶劣工作环境。

霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压,如:直流、交流、脉冲波形等,甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的,它一般只适用于测量50Hz正弦波

原边电路与副边电路之间有良好的电气隔离,隔离电压可达9600Vrms;

精度高:在工作温度区内精度优于1%,该精度适合于任何波形的测量;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级)。

宽带宽:高带宽的电流传感器上升时间可小于1μs;但是,电压传感器带宽较窄,一般在15kHz以内,6400Vrms的高压电压传感器上升时间约500uS,带宽约700Hz。

测量范围广泛:电流测量可达50KA,电压测量可达6400V。

结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

 

上图即是一种典型的霍尔传感器实现定位应用---一个轮上的两个磁铁经过霍尔效应传感器。图示中的轮子,带有两个等距的磁铁,传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值。

通常被用于计量车轮和轴的速度,例如在内燃机点火定时(正时)或转速表上。其在无刷直流电动机的使用,用来检测永磁铁的位置。

霍尔传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信 电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中以及新兴的太阳能、风能和地铁轨道信号、汽车电子等领域。

前面介绍过了霍尔传感器是一种根据霍尔效应制作的磁场传感器,它的主要特性参数有以下几类。

 

(1)输入电阻R

霍尔传感器元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几欧到儿百欧,视不同型号的元件而定。

温度升高,输入电阻变小,从而使输入电流变大,终引起霍尔传感器电势变化。为了减少这种影响,采用恒流源作为激励源。

 

(2)输出电阻R

两个霍尔传感器电势输出端之间的电阻称为输出电阻,它的数位与输入电阻同一数量级。它也随温度改变顺改变。选择适当的负载电阻易与之匹配,可以使由温度引起的程水电势的漂移减至小。

 

(3)大激励电流I---霍尔传感器参数

由于霍尔传感器电势随激励电流的增大而增大,故在应用中总希望选用较大的激励电流1M但激励电流增大,程尔元件的功耗增大,元件的温皮升高,从而引起霍尔传感器屯势的温漂增大,因此每种型号的几件均规定了相应的大激励电流,它的数值从几毫安至几百毫安。

 

(4)灵敏度K

灵敏度KH=EH/IB,它的数值约为10MV(MA.T)左右。

 

(5)大磁感应强度BM---霍尔传感器参数

磁感应强度超过BM时,霍尔传感器电势的非线性误差将明显增大,特斯捡(T)成几千高斯(Gs)(1Gs=104T)。

 

(6)个等位电势

在额定激励电流F,当外加磁场为零时它是由于4个屯极的几何尺寸不对称引起的误差。

 

(7)霍尔传感器屯势温度系数

6M的数值一般为零点刀霍尔传感器输出端之间的开路电压称为不等位电势,使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起日在一定磁感应强度和激励电流的作用下,温度每变化1摄氏度时,霍尔传感器电势变化的百分数弱为霍尔传感器电势温度系数,它与霍尔传感器元件的材料有关。

霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

1)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。

 

2)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量。

例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检测和控制。

由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小。

利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感。

 

 

如有疑问请点击:霍尔传感器的原理特点和应用

 

 

 


热电偶温度传感器的正确使用

  1、安装不当引入的误差:

  如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等,换句话说,热电偶不应装在太靠近门和加热的地方,插入的深度至少应为保护管直径的8~10倍;热电偶的保护套管与壁间的间隔未填绝热物质致使炉内热溢出或冷空气侵入,因此热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝热物质堵塞以免冷热空气对流而影响测温的准确性;热电偶冷端太靠近炉体使温度超过100℃;热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场,所以不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差;热电偶不能安装在被测介质很少流动的区域内,当用热电偶测量管内气体温度时,必须使热电偶逆着流速方向安装,而且充分与气体接触。

  2、绝缘变差而引入的误差:

  如热电偶绝缘了,保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良,在高温下更为严重,这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰,由此引起的误差有时可达上。

  3、热惰性引入的误差:

  由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化,在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时,甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后,用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大,热电偶波动的振幅就越小,与实际炉温的差别也就越大。当用时间常数大的热电偶测温或控温时,仪表显示的温度虽然波动很小,但实际炉温的波动可能很大。为了准确的测量温度,应当选择时间常数小的热电偶。时间常数与传热系数成反比,与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比,如要减小时间常数,除增加传热系数以外,比较有效的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中,通常采用导热性能好的材料,管壁薄、内径小的保护套管。在较精密的温度测量中,使用无保护套管的裸丝热电偶,但热电偶容易损坏,应及时校正及更换。

  4、热阻误差:

  高温时,如保护管上有一层煤灰,尘埃附在上面,则热阻增加,阻碍热的传导,这时温度示值比被测温度的真值低。因此,应保持热电偶保护管外部的清洁,以减小误差。

标签: 热电偶温度传感器
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液位传感器的特点有哪些

    液位传感器用静压测量原理:当液位变送器投入到被测液体中某一深度时,传感器迎液面受到的压强公式为:Ρ=ρ.g.H+Po式中:

    P:变送器迎液面所受压强

    ρ:被测液体密度

    g:当地重力加速度

    Po:液面上大气压

    H:变送器投入液体的深度

    同时,通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔,再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连,以抵消传感器背面的Po,

 

    使传感器测得压力为:ρ.g.H,显然,通过测取压强P,可以得到液位深度。

    稳定性好,满度、零位长期稳定性可达0.1%FS/年。在补偿温度0~70℃范围内,温度飘移低于0.1%FS,在整个允许工作温度范围内低于0.3%FS。

    具有反向保护、限流保护电路,在安装时正负极接反不会损坏变送器,异常时送器会自动限流在35MA以内。

    固态结构,无可动部件,高可靠性,使用寿命长。

    安装方便、结构简单、经济耐用。

    液位传感器的主要技术参数:

    工艺:扩散硅陶瓷电容蓝宝石电容任选。分体式一体式可选,量程:0---0.5---200米,输出:4---20mA(2线制)供电:7.5---36VDC推荐24VDCCM-2100/CM-2700投入式静压液位计可靠防腐并带有陶瓷测量单元的探头,用于净水、污水及盐水的物位测量。

    投入分体式液位变送器采用扩散硅压阻芯体316全不锈钢结构,壳体采用隔离防爆设计该投入式液位计主要适用于河流、地下水位、水库、水塔及容器等的液位测量与控制。电路采用信号隔离放大,截频干扰设计(抗干扰能力强,防雷击)过压保护,限流保护,抗冲击,防腐等设计。

    主要技术参数:测量介质:水油等液体压力类型:表压、绝压(没有要求默认表压)

    量程:0~300m中间量程任选

    综合精度:0.1%FS

    输出信号:4~20mA(二线制)、0~5V、1~5V、0~10V(三线制)

    供电电压:12~36VDC

    介质温度:-30~60℃

    环境温度:-40~85℃

    零点温漂移:≤±0.05%FS℃

    量程温度漂移:≤±0.05%FS℃

    补偿温度:0~70℃

    安全过载:150%FS

    极限过载:200%FS

    采样频率:≤2ms

    负载能力:(电流型)250~1425Ω(电压型)≥2KΩ

    密封等级:IP68

    长期稳定性能:0.1%FS/年

    振动影响:在机械振动频率20Hz~1000Hz内,输出变化小于0.1%FS

    机械连接(螺纹接口):投入式(潜入式)]产品尺寸(mm):

    投入分体式液位变送器

    选用美国进口的高精度、隔离式敏感组件,性能可靠

    表压或绝压测量

    量程宽:1mH2O~200mH2O

    输出:4~20mA或0~5V

    电源电压:24VDC(12~36VDC),mV输出型为恒流1.5mADC或恒压12VDC供电

    精度高,优于0.2%F.S

    100%防水防潮,防护等级IP68

    应用范围十分广泛,几乎覆盖各行各业,尤其在冶金工业、汽车工业、电力设备、化工、工程机械、造纸工业、造船工业以及机床制造等领域都得到广泛应用。

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