几种新型传感器.ppt

3.4 磁性传感器 磁是人们所熟悉的一种物理现象，因此磁传感器具有占老的历史。最简单的把磁转换成电的磁传感器就是线圈，根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里，产生的感应电动势与磁通的变化速率成正比。随着科学技术的发展，利用磁场作用使物质的电性能发生变化的各种物理效应，制成了固体化磁传感器，从而使磁场强度转换为电信号。磁传感器的种类较多，制作磁传感器的材料有半导体、磁性体、超导体等，不同材料制作的传感器其工作原理和特性也不相同。本节重点介绍一些常用的磁传感器 下一页 返回 3.4 磁性传感器 3.4.1 磁敏电阻器 将一载流导体置于外磁场中，其电阻随磁场变化而变化的现象称为磁电阻效应，简称磁阻效应。磁敏电阻器就是利用磁阻效应制成的一种磁敏元件。当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度B 的平方成正比。用公式表示为： 磁场一定时，迁移率高的材料磁阻效应明显。所示为利用这种效应制成的磁敏电阻器。 上一页 下一页 返回 3.4 磁性传感器 主要特性： （1）伏安特性。磁敏二极管所加正向偏压与二极管流过电流的关系称为伏安特性，不同磁场作用下，其伏安特性不同。 （2）磁电特性。磁敏二极管输出电压的变比与外加磁场的关系称为磁电特性。磁敏二极管随外加磁场方向的变化可以产生正负输出电压的变化，在正磁场作用下电压升高，在负磁场作用下电压降低。磁电特性与线路的连接形式有关，通常有单只接法和互补接法两种电路基本形式。 上一页 下一页 返回 3.4 磁性传感器 （3）温度特性。磁敏二极管的温度特性是指温度的变化与输出电压变化之间的关系。磁敏二极管的温度特性有正温度系数和负温度系数两种，如锗磁敏二极管是负温度系数，硅磁敏二极管是正温度系数。 （4）频率特性。磁敏二极管的频率特性取决于注入载流子在本征区域内被复合和保持动态平衡的时间，而与元件的尺寸大小无关，载流子复合和保持动态平衡的时间越短，频率特性越好. 上一页 下一页 返回 3.4 磁性传感器 3.4 .3 磁敏三极管 1.磁敏三极管的结构 磁敏三极管的结构如图3-11 所示。在弱P 型或弱N 型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射极、基极和集电极。其最大的特点是基区较长，基区结构类似磁敏二极管，也有高复合速率的：r 区和本征I 区。长基区分为运输基区和复合基区，运输基区主要是将发射极注人的载流子输运到集电极，复合基区的作用是使从发射极和基极注入的载流子复合。 上一页 下一页 返回 图3-28 磁敏三极管的结构与符号 返回 3.4 磁性传感器 3 ．磁敏三极管的主要特性 （1）磁电特： 磁敏三极管的磁电特性是其应用的基础，在弱磁场作用下接近于一条直线，即集电极电流的变化随磁感应强度近似为线性关系。 （2）伏安特： 磁敏三极管的伏安特性与普通三极管的伏安特性相似，但电流放大倍数大。 （3）温度特： 磁敏三极管受温度影响较大，使用时必须进行温度补偿。磁敏三极管的温度系数有正、负之分，硅磁敏三极管的温度系数为负，锗磁敏三极管的温度系数为正，因此可采用相反温度系数的普通三极管或磁敏二极管及电阻进行补偿。 上一页 下一页 返回 3.4 磁性传感器 3.4.4 磁性传感器的应用 磁性传感器除用于磁场的测量外，特别适宜作无触点开关、无接触电位计。应用范围很广，如转速测量、风速测量、流量测量等。 1）无接触线位移传感器 无接触线位移传感器主要用于测量位移或与位移量有关的机械量。如尺寸、厚度、角度、位置和距离等。 上一页 下一页 返回 3.4 磁性传感器 2）磁敏二极管漏磁探伤仪 磁敏二极管漏磁探伤仪是利用磁敏二极管可以检测弱磁场变化的特性而设计的。其原理如图3-12 所示，漏磁探伤仪由激励线圈、铁心、放大器、磁敏二极管探头等部分构成。 3）磁敏三极管电位器 利用磁敏三极管制成的无触点电位器原理图如图3-13所示。将磁敏三极管置于磁场中，改变磁敏三极管基极电流，该电路的输出电压在0 . 7 ~15V 内连续变化，这样就等效于一个电位器，且无触点，因而该电位器可用于变化频繁、调节迅速、噪声要求低的场合。 上一页 返回 图3-31 漏磁探伤仪的工作原理 返回 图3-32 无触点电位器 返回 3.5 集成温度传感器 最近几年出现了深受人们欢迎的集成温度传感器，集成温度传感器是利用晶体管PN 结的电流和电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们装封在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。它与半导体热敏电阻一样，具有体积小、反应快、线性