淺談霍爾傳感器在轉(zhuǎn)速測量中的選型與應(yīng)用

時間：2020-09-08作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：114

摘 要：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中存在許多需要轉(zhuǎn)速測量的方面，針對轉(zhuǎn)速測量方法落后、只能進(jìn)行接觸式測量等問題，提出把霍爾傳感器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中 , 利用霍爾效應(yīng)測量轉(zhuǎn)速，具有動態(tài)特性好、測量轉(zhuǎn)速的精度高等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠達(dá)到非接觸式測量的效果。

關(guān)鍵詞：霍爾元件 磁場 脈沖 霍爾傳感器

0引言

在動力機(jī)械性能測試中，轉(zhuǎn)速是其中重要的特性參數(shù)，也是電子控制系統(tǒng)其它參數(shù)計(jì)算的依據(jù)，同時在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。對于多類傳感器都可以對不同要求下的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量 , 由于自動控制系統(tǒng)精準(zhǔn)地控制發(fā)動機(jī)正常工作，所以要求傳感器需要能夠穩(wěn)定工作，因此選定合適的傳感器至關(guān)重要。本文選用霍爾傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，它在磁場感應(yīng)方面具有較強(qiáng)的靈敏度，并且結(jié)構(gòu)簡單、頻率范圍大、工作噪音小、使用壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速測量方面有著重要的作用。

1 霍爾傳感器

1897 年，美國物理學(xué)家霍爾通過研究大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：將某種金屬薄片放至在變化的磁場中并且垂直于此磁場，同時，在金屬薄片的另外兩端通入一個恒定電流，那么在金屬薄片中與它們方向相互垂直的兩側(cè)將產(chǎn)生一個電動勢，經(jīng)過驗(yàn)證可得，這個電動勢與磁場強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象被人們稱為霍爾效應(yīng)，如圖1 所示。







圖 1：霍爾現(xiàn)象

霍爾電動勢的大小以及它的方向可以通過霍爾效應(yīng)和左手定則推導(dǎo) , 大小可用 E= kHIB表示，其中 kH為霍爾元件的靈敏度系數(shù),表示在磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流一定時霍爾電動勢的大小，并且霍爾電動勢的大小會隨著磁場強(qiáng)度的變化而變化，當(dāng)磁場消失時 , 霍爾電動勢亦會變?yōu)榱恪?/p>

2 開關(guān)型霍爾傳感器

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾器件已經(jīng)在很多應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行集成化，構(gòu)成霍爾集成電路，主要分成線性型和開關(guān)型兩類，并且都包含了霍爾元件。其中，開關(guān)型霍爾集成電路的主要組成部分有霍爾元件、差分放大器、穩(wěn)壓電路、OC 門(集電集開路輸出門)、施密特觸發(fā)器等。如圖 2 所示，如果外加磁場強(qiáng)度**規(guī)定的工作點(diǎn)時，OC 門將從高組態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此刻輸出低電平 UOL;當(dāng)外加磁場強(qiáng)度**釋放點(diǎn)時，OC 門重新變?yōu)楦呓M態(tài)，輸出高電平 UOH。這類器件中較典型的有 UGN3020、3022 系列等，利用這一特性，開關(guān)型霍爾傳感器常用于對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量。







圖 2：開關(guān)型霍爾傳感器施密特輸出特性

3 霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理

根據(jù)霍爾效應(yīng)可以看出，在控制電流 I 恒定的情況下，霍爾元件中輸出電壓信號將根據(jù)磁場中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的突變而隨之突變，相當(dāng)于產(chǎn)生一個脈沖信號，此脈沖信號中的脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)速有緊密聯(lián)系，由此形成數(shù)字量傳感器。

選用開關(guān)型霍爾集成傳感器參與轉(zhuǎn)速測量，與磁性轉(zhuǎn)盤一起構(gòu)成霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。將磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸和被測轉(zhuǎn)軸連接在一起，在磁性轉(zhuǎn)盤附近固定在霍爾傳感器附近，在被測轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動時，磁性轉(zhuǎn)盤也會隨著一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)磁體轉(zhuǎn)過霍爾傳感器時，霍爾傳感器便感應(yīng)到信號，同時輸出一個相應(yīng)的電壓脈沖。如若測出在一定時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)，便可求出被測轉(zhuǎn)速。例如，在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在靠近磁體位置上裝上霍爾傳感器，即可制成車速表和里程表等。







圖 3：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)

4安科瑞霍爾傳感器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品介紹

霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號的隔離轉(zhuǎn)換，通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應(yīng)時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強(qiáng)，線性好，抗干擾能力強(qiáng)。適用于電流監(jiān)控及電池應(yīng)用、逆變電源及太陽能電源管理系統(tǒng)、直流屏及直流馬達(dá)驅(qū)動、電鍍、焊接應(yīng)用、變頻器，UPS伺服控制等系統(tǒng)電流信號采集和反饋控制。

4.2產(chǎn)品選型

4.2.1開口式開環(huán)霍爾電流傳感器













4.2.2閉口式開環(huán)霍爾電流傳感器







4.2.3閉環(huán)霍爾電流傳感器







4.2.4直流漏電流傳感器







5結(jié)束語

利用霍爾傳感器測量的應(yīng)用有許多，在測量電流、測量位移、測量壓力等方面都可使用，同時在電機(jī)控制的測速方面應(yīng)用也具有代表性。本文在測量轉(zhuǎn)速方面采用霍爾元件設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速檢測裝置，與其他傳統(tǒng)的測速裝置相比較，不僅在穩(wěn)定性、精度、響應(yīng)速度等方面有明顯優(yōu)勢，而且抗干擾能力好、實(shí)時檢測效果精準(zhǔn)，比較適合用于油污、煙霧、灰塵等復(fù)雜的環(huán)境中，可以精準(zhǔn)快的檢測機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)速值，滿足不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)時性和精度要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭清、王元昔.霍爾傳感器在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量中的應(yīng)用研究[J].傳感器與微系統(tǒng).2011

[2]朱維琳.基于霍爾傳感器在轉(zhuǎn)速測量方面的應(yīng)用

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2019.11版


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• 三相智能電能表技術(shù)參數(shù)

  電流輸入 電流：1A、5A 持續(xù)1.2倍，瞬時10倍/秒 功耗<0.5VA 電壓輸入 電壓：100V、220V、380V 持續(xù)1.2倍，瞬時2倍/秒 功耗<0.5VA 精度等級 0.5級 絕緣電阻 ≥100MΩ 工頻耐壓 電源/輸入/輸出之間2kV/1min 平均無故障工作時間 ≥50000h 電能 2路集電極開路的光耦脈沖 工作電源 工作范圍 AC80~270V或DC100-350