第8章 磁电式传感器
- 格式:ppt
- 大小:1.99 MB
- 文档页数:59
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是一种常用的用于测量和检测磁场的传感器。
其工作原理基于磁性材料在外加磁场作用下产生的磁电势。
磁电式传感器通常由两个主要部分组成:磁敏感元件和信号处理电路。
磁敏感元件是通常由铁磁材料制成的,比如镍、铁、钴等。
这些材料在外加磁场的作用下会发生剩余磁化现象,即使在磁场消失后,仍能保持一定的磁性。
当外加磁场作用在磁敏感元件上时,磁性材料内部的磁矩会发生改变。
这种磁矩的改变会导致磁敏感元件两端产生电势差,即磁电势。
这个电势差与外加磁场的强度成正比,可以通过测量电势差来间接测量磁场的强度。
信号处理电路用于放大和处理由磁敏感元件产生的微弱电势差。
通常,这些电路会对输入的电势差进行放大和滤波,以提高测量的准确性和稳定性。
然后,信号处理电路将处理后的电信号转换为数字信号或模拟信号,供其他设备使用或进行进一步的数据处理。
总而言之,磁电式传感器通过利用磁敏感元件在外加磁场作用下产生的磁电势,实现对磁场强度的测量和检测。
其工作原理简单可靠,广泛应用于各种领域,比如工业控制、汽车电子、电力系统等。
8磁电式传感器习题与解答第8章磁电式传感器⼀、单项选择题1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是()。
A. 控制极阻B. 不等位电阻C. 寄⽣直流电动势D. 零点残余电压2、制造霍尔元件的半导体材料中,⽬前⽤的较多的是锗、锑化铟、砷化铟,其原因是这些()。
A.半导体材料的霍尔常数⽐⾦属的⼤B.半导体中电⼦迁移率⽐空⽳⾼C.半导体材料的电⼦迁移率⽐较⼤D.N型半导体材料较适宜制造灵敏度较⾼的霍尔元件3、磁电式传感器测量电路中引⼊积分电路是为了测量()。
A.位移B.速度C.加速度 D.光强4、为了提⾼磁电式加速度传感器的频响围,⼀般通过下⾯哪个措施来实现()。
A.减⼩弹簧⽚的刚度 B. 增加磁铁的质量C. 减⼩系统的阻尼⼒D. 提⾼磁感应强度5、磁电式传感器测量电路中引⼊微分电路是为了测量()A.位移B.速度C.加速度 D.光强6、霍尔电势与()成反⽐A.激励电流 B.磁感应强度C.霍尔器件宽度 D.霍尔器件长度7、霍尔元件不等位电势产⽣的主要原因不包括()A.霍尔电极安装位置不对称或不在同⼀等电位上B.半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或⼏何尺⼨不均匀C.周围环境温度变化D.激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配⼆、多项选择题三、填空题1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。
2、磁电作⽤主要分为和两种情况。
3、磁电感应式传感器是利⽤导体和磁场发⽣相对运动⽽在导体两端输出的原理进⾏⼯作的。
4、磁电感应式传感器是以原理为基础的。
5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时,在其两端将产⽣电位差,这⼀现象被称为。
6、霍尔效应的产⽣是由于运动电荷受作⽤的结果。
7、霍尔元件的灵敏度与和有关。
8、霍尔元件的零位误差主要包括和。
9、磁电式传感器是半导体传感器,是基于的⼀类传感器。
10、磁电式传感器是利⽤原理将运动速度转换成信号输出。
11、磁电式传感器有温度误差,通常⽤分路进⾏补偿。
12、霍尔效应是导体中的载流⼦在磁场中受作⽤发⽣的结果。
一、单项选择题1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是()。
A. 控制极内阻B. 不等位电阻C. 寄生直流电动势D. 零点残余电压2、制造霍尔元件的半导体材料中,目前用的较多的是锗、锑化铟、砷化铟,其原因是这些()。
A.半导体材料的霍尔常数比金属的大B.半导体中电子迁移率比空穴高C.半导体材料的电子迁移率比较大D.N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件3、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量()。
A.位移B.速度C.加速度 D.光强4、为了提高磁电式加速度传感器的频响范围,一般通过下面哪个措施来实现()。
A.减小弹簧片的刚度 B. 增加磁铁的质量C. 减小系统的阻尼力D. 提高磁感应强度5、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量()A.位移B.速度C.加速度 D.光强6、霍尔电势与()成反比A.激励电流 B.磁感应强度C.霍尔器件宽度 D.霍尔器件长度7、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括()A.霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B.半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C.周围环境温度变化D.激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配二、多项选择题三、填空题1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。
2、磁电作用主要分为和两种情况。
3、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出的原理进行工作的。
4、磁电感应式传感器是以原理为基础的。
5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时,在其两端将产生电位差,这一现象被称为。
6、霍尔效应的产生是由于运动电荷受作用的结果。
7、霍尔元件的灵敏度与和有关。
8、霍尔元件的零位误差主要包括和。
9、磁电式传感器是半导体传感器,是基于的一类传感器。
10、磁电式传感器是利用原理将运动速度转换成信号输出。
11、磁电式传感器有温度误差,通常用分路进行补偿。
12、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用发生的结果。
磁电式传感器结构图分析各种磁电式传感器介绍磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。
它能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号,是一种无源传感器。
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定。
磁电式传感器的原理结构磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。
根据电磁感应定律,当W匝线圈在均恒磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:根据这一原理,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。
下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。
变磁通式结构(a)旋转型(变磁));(b)平移型(变气隙)其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化,引起磁通变化而在线圈中产生感应电势,因此又称变磁阻式结构。
变磁式结构在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。
这类结构有两种,如下图所示。
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。
气隙中的磁场均匀分布,测量线圈绕在筒形骨架上,经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。
当线圈与磁铁间有相对运动时,线圈中产生的感应电势e为式中B——气隙磁通密度(T);l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度)v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。
一、引言磁电式传感器(magnetic-electric sensor)是一种常见的传感器类型,广泛应用于各个领域中,包括工业自动化、交通运输、机器人、医疗设备等。
磁电式传感器利用磁力与电磁感应的原理,将磁场的变化转化为电信号,从而实现对磁场强度、方向或位置的检测。
本文将详细解释磁电式传感器的工作原理,包括其基本原理、结构、工作方式以及应用领域。
二、磁电式传感器的原理1. 电磁感应原理磁电式传感器的工作原理基于电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律,当一个导体在磁力线穿过时,会在导体中产生电动势。
这种现象可以用以下公式表示:EMF = -dΦ/dt其中EMF表示电动势,Φ表示磁场通量,dt表示时间的微小变化。
根据该定律可知,当磁场强度或磁场方向发生变化时,会在导体中产生电动势。
2. 磁电效应原理磁电式传感器的核心部件是磁电材料,如铁电材料或磁电材料。
磁电材料具有磁电效应,即在外加磁场的作用下,会产生磁感应强度与电场强度之间的线性关系。
磁电效应可以通过以下公式表示:E = k * H其中E表示电场强度,k表示磁电系数,H表示磁场强度。
根据该公式可知,当磁场强度发生变化时,磁电材料会产生相应的电场强度变化。
3. 磁电式传感器的构成磁电式传感器通常由磁电材料、电极、封装以及相关电路组成。
磁电材料:磁电材料是磁电式传感器的核心部件,它通过磁电效应将磁场的变化转化为电场的变化。
常见的磁电材料包括铁电材料和磁电材料。
电极:电极用于连接磁电材料和外部电路,将磁电材料产生的电场信号引出。
封装:封装是保护磁电材料和电极的外壳,通常采用环氧树脂或金属外壳进行封装。
相关电路:相关电路包括放大电路、滤波电路和输出电路等,用于放大和处理磁电材料产生的电场信号,提供给外部电路使用。
4. 磁电式传感器的工作原理磁电式传感器的工作原理基于磁电效应和电磁感应的原理。
当存在磁场时,磁电材料会产生相应的电场变化。
根据电磁感应原理,当磁场的强度或方向发生变化时,会在磁电材料中产生电动势。
简述磁电式传感器的工作原理磁电式传感器是一种将磁场信息转化为电信号的传感器,广泛应用在仪器仪表、自动控制、计算机信息处理、航空航天等领域。
其主要工作原理是基于磁电效应和霍尔效应。
磁电效应是指当磁性材料受到外界磁场的作用时,其中的自由电子将受到力的作用,从而在材料内部形成电势差。
这个电势差可以用来测量外部磁场的大小和方向。
磁电效应可以用来将机械运动转换为电信号,从而实现物理量的测量和控制。
霍尔效应是指电流通过横跨磁场的导体时,将在导体的两侧出现电势差。
这个现象的原理是基于洛伦兹力,即受到磁场作用的电荷将受到力的作用而被分离。
霍尔效应与磁电效应相似,也是将磁场信息转换为电信号的一种机制。
磁电式传感器通常通过霍尔效应测量磁场的强度和方向。
磁电式传感器一般由磁性材料、霍尔元件和信号处理电路组成。
在测量时,磁性材料将接收到外界的磁场,从而在其内部产生电势差。
电势差随后被传递给霍尔元件,经过元件内部的放大、滤波等信号处理,最终转换为可用的电信号。
这个电信号的大小和方向分别对应着外界磁场的强度和方向。
磁电式传感器有多种类型,包括线性磁电效应传感器、非线性磁电效应传感器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器等。
线性磁电效应传感器是一种用于测量弱磁场的传感器,可用于检测磁场的方向、大小和分布情况。
而非线性磁电效应传感器则适用于测量强磁场,如磁体在加热过程中的磁场分布。
霍尔电流传感器和霍尔电压传感器是基于霍尔效应进行测量的传感器,分别适用于测量电流和电压。
霍尔电流传感器将电流通过磁场,并测量电势差来计算电流大小,而霍尔电压传感器则通过测量霍尔元件两侧的电势差来计算电压大小。
这些传感器广泛应用在电力系统中,用于测量电流和电压,从而保障设备的安全运行。
磁电式传感器是一种重要的测量和控制元件,广泛应用于工业控制、科学研究、医疗设备等领域。
其工作原理基于磁电效应和霍尔效应,能够将磁场信息转化为电信号,实现对物理量的测量和控制。
磁电式传感器的优点在于具有高度的灵敏度和精度,且不会对被测物体产生影响。
磁电式传感器工作原理
磁电式传感器是一种常用于检测磁场强度的传感器。
它的工作原理基于磁电效应,即当磁场通过特定材料时,会产生电势差。
磁电式传感器通常由感应线圈和磁核组成。
感应线圈是一根绕有导线的线圈,磁核则是材料制成的磁性物体,通常是铁芯。
当没有磁场作用时,感应线圈中不会产生电流。
当外部磁场作用于磁核时,磁核产生的磁通量会穿过感应线圈。
根据法拉第电磁感应定律,当磁通量连续变化时,感应线圈中会产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,而磁通量的变化率与外部磁场的强弱有关。
因此,磁电式传感器可以通过测量感应线圈中产生的感应电动势来间接测量外部磁场的强度。
常见的应用包括地磁传感器、电动机转速传感器和磁导航传感器等。
值得注意的是,磁电式传感器的灵敏度取决于感应线圈的设计和磁核材料的选择。
较高的灵敏度可以使传感器对磁场变化更加敏感,而较低的灵敏度则可以使传感器对较弱的磁场更加测量精准。
因此,在实际应用中,需要根据具体需求选择适当的磁电式传感器。
磁电式传感器解析,磁电式传感器的原理结构及其应用
磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。
它能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号,是一种无源传感器。
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定。
磁电式传感器的原理结构磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;
利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。
根据电磁感应定律,当W匝线圈在均恒磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为,则线圈内的感应电势e与磁通变化率d/dt 有如下关系:
根据这一原理,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。
下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。
变磁通式结构
(a)旋转型(变磁));(b)平移型(变气隙)
其中永久磁铁1(俗称磁钢)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化,引起磁通变化而在线圈中产生感应电势,因此又称变磁阻式结构。
变磁式结构
在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动线圈切割磁力线而产生。
这类结构有两种,如下图所示。
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。
气隙中的磁场均匀分布,测量线圈绕在筒形骨架上,经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。
当线圈与磁铁间有相对运动时,线圈中产生的感应电势e为。