霍爾效應(yīng)

是一種磁電效應(yīng)，是德國(guó)物理學(xué)家霍爾1879年研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。

根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)方向通過導(dǎo)體時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流方向的導(dǎo)體的兩個(gè)端面之間出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差（霍爾電壓）。 好比一條路, 本來大家是均勻的分布在路面上, 往前移動(dòng). 當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí), 大家可能會(huì)被推到靠路的右邊行走. 故路 (導(dǎo)體) 的兩側(cè), 就會(huì)產(chǎn)生電壓差. 這個(gè)就叫“霍爾效應(yīng)”。 根據(jù)霍爾效應(yīng)做成的霍爾器件，就是以磁場(chǎng)為工作媒體，將物體的運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關(guān)的功能。 訖今為止，已在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用的霍爾器件有：在分電器上作信號(hào)傳感器、ABS系統(tǒng)中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測(cè)器、各種用電負(fù)載的電流檢測(cè)及工作狀態(tài)診斷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸角度傳感器、各種開關(guān)，等等。 例如:汽車點(diǎn)火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者將霍爾傳感器放在分電器內(nèi)取代機(jī)械斷電器，用作點(diǎn)火脈沖發(fā)生器。這種霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器隨著轉(zhuǎn)速變化的磁場(chǎng)在帶電的半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓，控制電控單元（ECU）的初級(jí)電流。相對(duì)于機(jī)械斷電器而言，霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器無磨損免維護(hù)，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，還能**地控制點(diǎn)火正時(shí)，能夠較大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，具有明顯的優(yōu)勢(shì)?；魻柶骷ㄟ^檢測(cè)磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，可用于監(jiān)視和測(cè)量汽車各部件運(yùn)行參數(shù)的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換；可測(cè)量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內(nèi)工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應(yīng)汽車的惡劣工作環(huán)境。

磁致伸縮傳感器原理

傳感器的核心包括一條鐵磁材料的測(cè)量感應(yīng)元件，一般被稱為 "波導(dǎo)管"，一個(gè)可以移動(dòng)的永磁鐵，磁鐵與波導(dǎo)管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)縱向向的磁場(chǎng)。
每當(dāng)電流脈沖(即 "詢問信號(hào)")由傳感器電子頭送出并通過波導(dǎo)管時(shí)，**個(gè)磁場(chǎng)便由波導(dǎo)管的徑向方面制造出來(見圖)。
當(dāng)這兩個(gè)磁場(chǎng)在波導(dǎo)管相交的瞬間，波導(dǎo)管產(chǎn)生 "磁致伸縮" 現(xiàn)像，一個(gè)應(yīng)變脈沖即時(shí)產(chǎn)生。這個(gè)被稱為 "返回信號(hào)" 的脈沖以超聲的速度從產(chǎn)生點(diǎn)(即位置測(cè)量點(diǎn))運(yùn)行回傳感器電子頭并被檢測(cè)器檢出來。準(zhǔn)確的磁鐵位置測(cè)量是由傳感器電路的一個(gè)高速計(jì)時(shí)器對(duì)詢問信號(hào)發(fā)出到返回信號(hào)到達(dá)的時(shí)間周期探測(cè)而計(jì)算出來，這個(gè)過程極為快速與**無誤。
利用計(jì)算脈沖的運(yùn)行時(shí)間來測(cè)量永磁鐵的位置為我們提供了一個(gè)**值的位置讀數(shù)，而且永遠(yuǎn)不需要定期重標(biāo)或擔(dān)心斷電后歸零的問題。非接觸式的測(cè)量消除了機(jī)械磨損的問題，保證了*佳的重復(fù)性和持久性。

差動(dòng)變壓傳感器（LVDT）

線性差動(dòng)變壓器，簡(jiǎn)稱LVDT。結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由一個(gè)可以移動(dòng)的導(dǎo)磁材料鐵芯與三個(gè)線圈所組成，一個(gè)初級(jí)線圈與兩個(gè)次級(jí)線圈均繞在同一中空的絕緣體上，而鐵芯可在其中自由移動(dòng)。

 當(dāng)初級(jí)線圈通上交流電源激勵(lì)時(shí)，則產(chǎn)生了耦合磁場(chǎng)，使得兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電壓，而兩個(gè)次級(jí)線圈使串聯(lián)且極性相反（相位相差1800），使得輸出為兩次級(jí)電壓之差。

 當(dāng)鐵芯在中央位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，因此感應(yīng)電壓一樣，使得輸出電壓為零，如圖a。當(dāng)鐵芯往上移動(dòng)時(shí)，次級(jí)線圈1的感應(yīng)磁場(chǎng)比次級(jí)線圈2強(qiáng)，因此次級(jí)線圈1所感應(yīng)的電壓比次級(jí)線圈2大，便知Vout不為零，且隨鐵芯愈，往左移，Vout愈大，如圖b，且相位與Vi同相。若鐵芯往下移動(dòng)時(shí)，則次級(jí)線圈2的輸出電壓大于次級(jí)線圈1，使Vout的電壓相位與Vi相位差1800，電壓的大小隨往下移動(dòng)距離成正比，如圖c。因此可右Vout大小得知鐵芯相對(duì)于中點(diǎn)的位移量，而Vout的相位可代表移動(dòng)的方向。

導(dǎo)電塑料電位器

導(dǎo)電塑料電位器又稱為，這種電位器的電阻體是由塑料粉（用于電阻基板）及導(dǎo)電材料的粉料經(jīng)高溫塑壓而成。導(dǎo)電塑料電位器的耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，允許電刷接觸壓力很大，因此它在振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境下仍能可靠地工作。此外，它的分辨率較高，線性度較好，阻值范圍大，能承受較大的功率。導(dǎo)電塑料電位器的缺點(diǎn)是阻值易受溫度影響，溫漂較大，影響測(cè)量精度。

一、電位器式位移傳感器的分類

1、根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式分類:

直線位移傳感器

角度位移傳感器

2、根據(jù)電阻材質(zhì)分類:

金屬玻璃鈾傳感器,繞線傳感器,金屬膜傳感器,導(dǎo)電塑料傳感器,光電式傳感器、磁敏式傳感器

二、主要特性參數(shù)

標(biāo)稱阻值：電位器上面所標(biāo)示的阻值。

允許誤差：標(biāo)稱阻值與實(shí)際阻值的差值跟標(biāo)稱阻值之比的百分?jǐn)?shù)稱阻值偏差，它表示電位器的精度。允許誤差一般只要在 ±20%以內(nèi)就符合要求,因?yàn)橐话阄灰苽鞲衅魇且苑謮旱姆绞絹硎褂?span>,具體電阻的大小對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集沒有影響.

線性精度:直線性誤差.此參數(shù)越小越好.

壽命:導(dǎo)電塑料位移傳感器都在200萬次以上.

重復(fù)精度:此參數(shù)越小越好.

分辨率:位移傳感器所能反饋的*小位移數(shù)值.此參數(shù)越小越好.

三、常用電位器傳感器特性

導(dǎo)電塑料位移傳感器:

用特殊工藝將DAP（鄰苯二甲酸二稀丙脂）電阻漿料覆在絕緣機(jī)體上，加熱聚合成電阻膜，或?qū)?span>DAP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內(nèi)形成的實(shí)心體作為電阻體。特點(diǎn)是：平滑性好、分辯力優(yōu)異耐磨性好、壽命長(zhǎng)、動(dòng)噪聲小、可靠性極高、耐化學(xué)腐蝕。用于宇宙裝置、導(dǎo)彈、飛機(jī)雷達(dá)天線的伺服系統(tǒng)等。

繞線位移傳感器:是將康銅絲或鎳鉻合金絲作為電阻體，并把它繞在絕緣骨架上制成。繞線電位器特點(diǎn)是接觸電阻小，精度高，溫度系數(shù)小，其缺點(diǎn)是分辨力差，阻值偏低，高頻特性差。主要用作分壓器、變阻器、儀器中調(diào)零和工作點(diǎn)等。

金屬玻璃鈾位移傳感器:

用絲網(wǎng)印刷法按照一定圖形，將金屬玻璃鈾電阻漿料涂覆在陶瓷基體上，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。特點(diǎn)是：阻值范圍寬，耐熱性好，過載能力強(qiáng)，耐潮，耐磨等都很好， 是很有前途的電位器品種，缺點(diǎn)是接觸電阻和電流噪聲大。

磁敏式位移傳感器:

消除了機(jī)械接觸，壽命長(zhǎng)、可靠性高，缺點(diǎn)：對(duì)工作環(huán)境要求較高.

金屬膜位移傳感器:

金屬膜電位器的電阻體可由合金膜、金屬氧化膜、金屬箔等分別組成。特點(diǎn)是分辨力高、耐高溫、溫度系數(shù)小、動(dòng)噪聲小、平滑性好。

四、電位器式位移傳感器使用方式,原理

電位器式位移傳感器使用方式:

一般采用給位移傳感器加上一個(gè)電壓，利用其優(yōu)良的平滑性，來檢測(cè)輸出電壓（輸出電阻改變輸出電壓）分壓比。

位移傳感器原理:

可變電阻（電位器）式位移傳感器。