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安科瑞电气股份有限公司

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浅谈霍尔传感器在转速测量中的选型与应用
发布时间:2020-09-15        浏览次数:115        返回列表
 陈盼

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

 摘 要:在现代工业生产中存在许多需要转速测量的方面,针对转速测量方法落后、只能进行接触式测量等问题,提出把霍尔传感器应用于工业生产中 , 利用霍尔效应测量转速,具有动态特性好、测量转速的精度高等优点,并且能够达到非接触式测量的效果。

 

关键词:霍尔元件 磁场 脉冲 霍尔传感器

 

0引言

在动力机械性能测试中,转速是其中重要的特性参数,也是电子控制系统其它参数计算的依据,同时在工业生产领域都有极为广泛的应用。对于多类传感器都可以对不同要求下的转速进行测量 , 由于自动控制系统精准地控制发动机正常工作,所以要求传感器需要能够稳定工作,因此选定合适的传感器至关重要。本文选用霍尔传感器进行设计,它在磁场感应方面具有较强的灵敏度,并且结构简单、频率范围大、工作噪音小、使用寿命较长等优点,在转速测量方面有着重要的作用。

 

1 霍尔传感器

1897 年,美国物理学家霍尔通过研究大量的实验发现:将某种金属薄片放至在变化的磁场中并且垂直于此磁场,同时,在金属薄片的另外两端通入一个恒定电流,那么在金属薄片中与它们方向相互垂直的两侧将产生一个电动势,经过验证可得,这个电动势与磁场强度成正比,这种现象被人们称为霍尔效应,如图1 所示。

图 1:霍尔现象

霍尔电动势的大小以及它的方向可以通过霍尔效应和左手定则推导 , 大小可用 E= kHIB表示,其中 kH为霍尔元件的灵敏度系数,表示在磁感应强度和控制电流一定时霍尔电动势的大小,并且霍尔电动势的大小会随着磁场强度的变化而变化,当磁场消失时 , 霍尔电动势亦会变为零。

2 开关型霍尔传感器

随着微电子技术的发展,霍尔器件已经在很多应用领域进行集成化,构成霍尔集成电路,主要分成线性型和开关型两类,并且都包含了霍尔元件。其中,开关型霍尔集成电路的主要组成部分有霍尔元件、差分放大器、稳压电路、OC 门(集电集开路输出门)、施密特触发器等。如图 2 所示,如果外加磁场强度高于规定的工作点时,OC 门将从高组态变为导通状态,此刻输出低电平 UOL;当外加磁场强度低于释放点时,OC 门重新变为高组态,输出高电平 UOH。这类器件中较典型的有 UGN3020、3022 系列等,利用这一特性,开关型霍尔传感器常用于对转速进行测量。

图 2:开关型霍尔传感器施密特输出特性

3 霍尔传感器测量转速的原理

根据霍尔效应可以看出,在控制电流 I 恒定的情况下,霍尔元件中输出电压信号将根据磁场中磁感应强度大小的突变而随之突变,相当于产生一个脉冲信号,此脉冲信号中的脉冲数和转速有紧密联系,由此形成数字量传感器。

选用开关型霍尔集成传感器参与转速测量,与磁性转盘一起构成霍尔式转速传感器,结构如图 3 所示。将磁性转盘的输入轴和被测转轴连接在一起,在磁性转盘附近固定在霍尔传感器附近,在被测转轴发生转动时,磁性转盘也会随着一起转动,当磁体转过霍尔传感器时,霍尔传感器便感应到信号,同时输出一个相应的电压脉冲。如若测出在一定时间内测得的脉冲数,便可求出被测转速。例如,在车轮转轴上装上磁体,在靠近磁体位置上装上霍尔传感器,即可制成车速表和里程表等。

图 3:霍尔转速传感器结构

4安科瑞霍尔传感器产品选型

4.1产品介绍

霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换,通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受,响应时间快,电流测量范围宽精度高,过载能力强,线性好,抗干扰能力强。适用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器,UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制。

 

4.2产品选型

4.2.1开口式开环霍尔电流传感器

4.2.2闭口式开环霍尔电流传感器

4.2.3闭环霍尔电流传感器

4.2.4直流漏电流传感器

5结束语

利用霍尔传感器测量的应用有许多,在测量电流、测量位移、测量压力等方面都可使用,同时在电机控制的测速方面应用也具有代表性。本文在测量转速方面采用霍尔元件设计的转速检测装置,与其他传统的测速装置相比较,不仅在稳定性、精度、响应速度等方面有明显优势,而且抗干扰能力好、实时检测效果精准,比较适合用于油污、烟雾、灰尘等复杂的环境中,可以精准快的检测机械设备转速值,满足不同转速下的实时性和精度要求。

 

【参考文献】

[1]郭清、王元昔.霍尔传感器在直流电机转速测量中的应用研究[J].传感器与微系统.2011

[2]朱维琳.基于霍尔传感器在转速测量方面的应用

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11版

 

作者简介:陈盼,女,本科。任职单位:现任职于安科瑞电气股份有限公司,联系,
,QQ:2880956079  公司网址:http://www.acrel-dyh.cn/