情境五 设计油气管道无损探伤系统
石油天然气钢质管道无损检测
石油天然气钢质管道无损检测The manuscript was revised on the evening of 2021一、概述1 SY/T4109-2005编制背景和简要经过随着我国石油天然气管道工程建设的发展，管道无损检测技术也得到了很大的发展。
同时管道工程施工技术，特别是管道焊接技术的发展，对无损检测技术提出了新的要求。
为确保工程质量，进一步完善无损检测标准，根据原国家石油和化学工业局《关于下达2001年石油天然气、石油化工行业标准、修订项目计划的通知》（国石化政发（2000）410号）文件要求，由石油天然气管道局盘锦北方无损检测公司负责对SY4056-93《石油天然气管道对接焊缝射线照相及质量分级》、SY4065-93《石油天然气管道对接焊缝超声波探伤及质量分级》、SY/T 0444-98《常压钢制焊接储罐及管道磁粉检测技术标准》及SY/T 0443-98《常压钢制焊接储罐及管道渗透检测技术标准》进行了整合修订，修订后标准名称为《石油天然气钢质管道无损检测》。
本标准在修订过程中，编制人员遵照国家有关方针政策，进行了比较广泛的调查研究，在全面总结和吸纳多年石油天然气钢质管道无损检测经验和技术，充分考虑石油天然气钢质管道工程施工实际特点的基础上，积极参照采用国外有关先进标准，并多次以发函或会议形式征求相关方意见，经反复修改形成送审稿，于2004年12月在海南三亚通过了由石油工程建设专业标准化委员会施工分标委组织的标准审查会的审查。
2 SY/T4109-2005修订的指导思想（1）目前石油天然气管道（含集输管道及其站场），特别是油气长输管道正向着大口径、大壁厚、高钢级及高压力方向发展，而与之相配套的先进的焊接和无损检测技术及设备也在广泛采用。
作为无损检测标准，必须适应和满足这种变化。
另外，管道施工建设不仅要占领国内市场，而且还要走向世界。
因此，与国外标准接轨也是本次标准修订应考虑的的一个重要因素。
油气管道自动化监测巡检系统设计方案
***石油管道自动化监测巡检系统设计方案西安山脉科技有限公司2019年4月目录第1章.项目背景 (2)第2章.项目概述 (2)2.1.概述 (2)2.2.目的 (2)第3章.需求分析 (3)3.1.行业现状 (3)3.2.信息化建设需求 (3)第4章.系统总体设计 (5)4.1.总体描述 (5)4.2.功能设计 (6)第5章.建议 (9)第1章.项目背景石油管道具有管径大、压力高及输送量大等特点，由于管道防腐覆盖层逐渐老化突发性的自然灾害以及人为的打孔盗油现象，导致石油泄漏时有发生，严重地威胁了石油管道输送线路的安全，并导致了原油损失、环境污染以及停产停输等一系列严重后果。
传统的对石油管道泄漏进行检测的方法往往是通过探测仪和人力巡逻的方法，由于依靠人力不能实时地对石油管道进行全面监控，所以并不能有效地保证管道线路的安全。
因此，要对石油管道的安全状态进行实时动态监测、定位预警、智慧巡检、实现数字化、可视化、实时化管理，切实的提高紧急故障处理的能力和协调水平。
第2章. 项目概述2.1.概述为了保证石油管道线路的安全运输可采用基于物联网模式、大数据分析、无线通信终端的石油管道在线监测运维系统，使得泄漏能被及时发现，并采取补救措施，从而达到降低企业经济损失、减少环境污染的目的。
用智能运维系统代替传统的人工巡检，降低成本、提高工作效率以及服务水平，使企业能够及时、准确、全面的掌握各条管道线路的详细信息。
在日常监测、巡检工作的同时完成管线资产的清查管理，实现在网设备的全生命周期管理。
2.2.目的通过石油管道自动化监测巡检系统可以实现石油管道状态的实时监测、定位报警、自动化巡检考核、远程运维、多样化报表统计等功能。
在有效防治泄漏、偷油的情况下也大大节省了人力，给管理者带来了更高效便捷的成本、安全控制体验。
第3章. 需求分析3.1.行业现状1、石油在我国的发展中占有十分重要的地位，石油的泄露（或不法分子偷油行为）不仅仅造成环境的污染甚至爆炸火灾，还造成了石油资源的浪费，因此必须要加强对石油运输管道泄露风险的监测和控制，并采取一些应对之策，以确保石油管道的安全运行。
油气管道无损检测技术
油气管道无损检测技术管道作为大量输送石油、气体等能源的安全经济的运输手段，在世界各地得到了广泛应用，为了保障油气管道安全运行，延长使用寿命,应对其定期进行检测，以便发现问题,采取措施。
一、管道元件的无损检测（一）管道用钢管的检测埋地管道用管材包括无缝钢管和焊接钢管。
对于无缝钢管采用液浸法或接触法超声波检测主要来发现纵向缺陷。
液浸法使用线聚焦或点聚焦探头,接触法使用与钢管表面吻合良好的斜探头或聚焦斜探头。
所有类型的金属管材都可采用涡流方法来检测它们的表面和近表面缺陷。
对于焊接钢管，焊缝采用射线抽查或100 %检测，对于100 %检测，通常采用X射线实时成像检测技术。
（二）管道用螺栓件对于直径＞50 mm的钢螺栓件需采用超声来检测螺栓杆内存在的冶金缺陷。
超声检测采用单晶直探头或双晶直探头的纵波检测方法。
二、管道施工过程中的无损检测（一）各种无损检测方法在焊管生产中的配置国外在生产中常规的主要无损检测配置如下图一中的A、B、C、E、F、G、H工序。
我国目前生产中的检测配置主要岗位如下图中的A、C、D、E、F、G、H工序。
图一大口径埋弧焊街钢管生产无损检测岗位配置（二）超声检测全自动超声检测技术目前在国外已被大量应用于长输管线的环焊缝检测，与传统手动超声检测和射线检测相比，其在检测速度、缺陷定量准确性、减少环境污染和降低作业强度等方面有着明显的优越性。
全自动相控阵超声检测系统采用区域划分方法，将焊缝分成垂直方向上的若干个区，再由电子系统控制相控阵探头对其进行分区扫查，检测结果以双门带状图的形式显示，再辅以TOFD （衍射时差法）和B扫描功能，对焊缝内部存在的缺陷进行分析和判断。
全自动超声波现场检测时情况复杂，尤其是轨道位置安放的精确度、试块的校准效果、现场扫查温度等因素会对检测结果产生强烈的影响，因此对检测结果的评判需要对多方面情况进行综合考虑，收集各种信息，才能减少失误。
（三）射线检测射线检测一般使用X射线周向曝光机或Y射线源，用管道内爬行器将射线源送入管道内部环焊缝的位置，从外部采用胶片一次曝光，但胶片处理和评价需要较长的时间，往往影响管道施工的进度，因此，近年来国内外均开发出专门用于管道环焊缝检测的X射线实时成像检测设备。
石油管道监测与泄漏预警系统设计与实现
石油管道监测与泄漏预警系统设计与实现石油管道是石油工业中重要的输送线路，其安全稳定运行对石油产业乃至整个国家经济发展都具有重要意义。
然而，长期使用和外界因素的影响导致石油管道存在着诸多安全隐患，其中最为严重的就是泄漏事故。
为了及时发现和防止石油泄漏事故的发生，石油管道监测与泄漏预警系统的设计与实现变得十分关键。
一、石油管道监测系统设计要点石油管道监测系统的设计旨在实时监测管道的运行状态，包括压力、流量、温度等参数，以便及时获取管道的工作状态。
以下是设计石油管道监测系统时需要考虑的要点：1. 传感器选择与布置：选择稳定可靠的传感器，能够准确测量石油管道的参数。
布置传感器时，应考虑管道长度、管道角度、地形等因素，确保监测全面、准确。
2. 数据采集与传输：选择高品质的数据采集设备，实时采集传感器的数据，并通过可靠的通信方式传输至监测中心。
常用的传输方式有有线通信和无线通信，应根据具体情况选择合适的方式。
3. 数据处理与分析：监测中心需要具备强大的数据处理和分析能力，能够实时对接收到的数据进行处理分析，并能快速判断是否存在异常情况。
常用的数据处理和分析方法有数据可视化、模型建立等。
4. 系统安全性保障：石油管道监测数据的安全保障至关重要。
应采取措施保护传输数据的安全性，确保系统不受到黑客攻击和数据篡改。
5. 监测系统的可靠性：石油管道监测系统需要长时间运行，故需保证系统具备高可靠性和稳定性，能够在各种环境和条件下正常工作。
二、泄漏预警系统设计要点泄漏预警系统的设计目标是能够在石油泄漏事故发生前预警，及时采取措施避免事故的发生。
以下是设计泄漏预警系统时需要考虑的要点：1. 泄漏检测技术：选择适合的泄漏检测技术，例如压力差法、声音检测法、红外线探测法等。
根据管道特点和实际情况选择合适的检测方法，确保对泄漏情况进行准确监测。
2. 报警系统设置：在监测中心和相关控制站点设置报警系统，一旦检测到泄漏情况，系统能够及时发出警报信号，以便相关人员采取紧急措施处理事故。
中国石油天然气管道行业的无损检测技术发展
中国石油天然气管道行业的无损检测技术发展文章主题标签：天然气管道检测管道检测长输管道测量管道本体检测技术非开挖检测技术转载：中国石油天然气管道科学研究院白世武油气长输管道作为一种输送设备被广泛应用于石油、石化和化工等行业。
随着运行时间的增长，部分管道在设计、制造、安装及运行管理中的问题逐渐暴露，致使管道事故时有发生，对人民生命财产安全、社会稳定和工业生产构成威胁。
同时，未来二十年，我国将进入埋地管道建设和发展的高峰期。
如何发现管道缺陷，提高检测水平，在埋地管道的制造、安装和使用等不同阶段采用无损检测技术十分重要。
1管道的无损检测技术及特点埋地管道元件压力管道由各种元件安装而成，包括管子、管道、法兰、阀门、膨胀节、波纹管、密封元件及特种元件，材质分为金属和非金属两大类。
钢管埋地管道用管材包括无缝钢管和焊接钢管。
无缝钢管采用液浸法或接触法超声波检测，主要发现纵向缺陷。
液浸法使用线聚焦或点聚焦滩头，接触法使用与钢管表面吻合良好的斜探头或聚焦斜探头。
所有类型的金属管材都可采用涡流方法来检测它们的表面和近表面缺陷。
焊接管又分螺旋和直缝焊接钢管，焊缝采用100%射线检测，通常采用X射线实时成像检测技术。
锻制管件锻制管件主要包括法兰、三通、变径管、管道承插座、滩头、弯管和封头等，其制造应符合GB/T19326-2003等标准的有关规定。
通常采用超声波方法来检测锻件中的危害性冶金缺陷。
一般采用纵波直探头对加工过程中的实心锻件进行检测，采用横波斜探头对内外径之比<80%的环形或筒形锻件进行周向检测。
钢棒材钢棒材主要用于锻件和螺栓的制造。
对于直径>50mm的钢螺栓件，需要采用超声来检测螺栓杆内存在的冶金缺陷。
超声检测采用单晶或双晶直探头的纵波检测方法。
非金属附件管道附件的非金属镶装件、填料和密封垫应根据管道输送的介质，进行相应的介质耐腐蚀性和耐温等检测。
1.2埋地管道安装过程管道安装过程中的焊接施工是管道建设中最主要的环节之一。
石油天然气钢质管道无损检测[最终版]
![石油天然气钢质管道无损检测[最终版]](https://img.taocdn.com/s3/m/e03aacebf121dd36a32d8277.png)
一、概述1 SY/T4109-2005编制背景和简要经过随着我国石油天然气管道工程建设的发展，管道无损检测技术也得到了很大的发展。
同时管道工程施工技术，特别是管道焊接技术的发展，对无损检测技术提出了新的要求。
为确保工程质量，进一步完善无损检测标准，根据原国家石油和化学工业局《关于下达2001年石油天然气、石油化工行业标准、修订项目计划的通知》（国石化政发（2000）410号）文件要求，由石油天然气管道局盘锦北方无损检测公司负责对SY4056-93《石油天然气管道对接焊缝射线照相及质量分级》、SY4065-93《石油天然气管道对接焊缝超声波探伤及质量分级》、SY/T 0444-98《常压钢制焊接储罐及管道磁粉检测技术标准》及SY/T 0443-98《常压钢制焊接储罐及管道渗透检测技术标准》进行了整合修订，修订后标准名称为《石油天然气钢质管道无损检测》。
本标准在修订过程中，编制人员遵照国家有关方针政策，进行了比较广泛的调查研究，在全面总结和吸纳多年石油天然气钢质管道无损检测经验和技术，充分考虑石油天然气钢质管道工程施工实际特点的基础上，积极参照采用国外有关先进标准，并多次以发函或会议形式征求相关方意见，经反复修改形成送审稿，于2004年12月在海南三亚通过了由石油工程建设专业标准化委员会施工分标委组织的标准审查会的审查。
2 SY/T4109-2005修订的指导思想（1）目前石油天然气管道（含集输管道及其站场），特别是油气长输管道正向着大口径、大壁厚、高钢级及高压力方向发展，而与之相配套的先进的焊接和无损检测技术及设备也在广泛采用。
作为无损检测标准，必须适应和满足这种变化。
另外，管道施工建设不仅要占领国内市场，而且还要走向世界。
因此，与国外标准接轨也是本次标准修订应考虑的的一个重要因素。
（2）在检测工艺方面，应总结我国石油天然气企业在国内外长输管道施工检测的成功经验，积极吸纳国内外相关标准的长处来修订。
无损检测技术在输油管道中的应用
无损检测技术在输油管道中的应用输油管道是石油工业中不可或缺的重要设备，然而由于长期工作条件的恶劣和材料老化等原因，输油管道常常出现泄露、腐蚀等问题，给环境和人员安全带来严重威胁。
因此，开发一种准确、高效的无损检测技术对输油管道的运行和维护至关重要。
无损检测技术是利用磁、超声、射线等非破坏性手段对材料和结构进行检测的技术。
它相对于传统的破坏性检测技术而言，具有不破坏被检测物、定量精密、快速高效等优势，因此被广泛应用于输油管道检测中。
首先，无损检测技术可以对输油管道进行泄漏检测。
输油管道在长时间运行后，由于管道本身材料的老化和承受外界压力，可能出现管道的泄漏现象。
通过超声波检测技术，可以检测出管道表面的裂纹、疲劳等缺陷，并判断出泄漏的位置和程度。
这种无损检测技术能够帮助运维人员及时发现管道泄漏问题，并采取相应的维修措施，防止事故的发生。
其次，无损检测技术可以对输油管道进行腐蚀检测。
输油管道长期运行在恶劣的环境中，其表面可能会因为腐蚀而产生较为严重的损伤。
利用电涡流检测技术，可以对管道表面的金属材料进行检测，发现管道表面的腐蚀、腐蚀深度等问题，并提供准确的腐蚀程度评估。
这种无损检测技术的应用，可以在管道出现严重腐蚀前发现问题，及时采取防护措施，延长管道的使用寿命。
此外，无损检测技术还可以对输油管道进行壁厚测量。
输油管道的壁厚是其承载能力的重要参数，过于薄弱的管道壁可能会引发断裂等严重事故。
通过超声波测量技术，可以对管道的壁厚进行快速、准确的测量，找出壁厚减小的部位，及时采取增强措施，确保管道的安全运行。
需要特别指出的是，无损检测技术的应用需要配备专业的仪器设备和经验丰富的操作人员。
对于输油管道的检测，一般需要使用多种无损检测技术进行综合检测，以提高准确性和可靠性。
此外，无损检测技术所获取的数据需要经过专业分析和解读，才能得出准确的判断和评估。
总之，无损检测技术在输油管道中的应用具有重要意义。
它可以对管道的泄漏、腐蚀和壁厚等问题进行准确、高效的检测，帮助运维人员及时发现问题，采取相应的维修措施，确保管道的安全运行。
石油管无损检测技术探讨
石油管无损检测技术探讨近年来，石油管道的检测技术越来越多，无损检测新技术是一种较为先进的检查技术，在检测的过程中，可以更好地进行分析和判断，检查发现石油管道内部存在的问题，进而为我们的管理人员提供技术方面的参考。
本文主要探讨了所有管道的无损检测技术，研究了技术了具体的使用方法以及原理，提出了相关的建议，供参考和借鉴。
标签：石油管道；无损检测在石油管道的无损检测过程中，检查人员首先要明确检测的具体方法，开展检查工作所要遵守的原则和流程，在检测的过程中，把握好每一个要素，才能够真正提高石油管道无损检测技术的水平。
1、石油管无损检测技术油管属于一种井下通道的钢柱管，在石油开采过程注水、筑起等环节中应用，其能够重复使用，并能够被下入和起出。
在采用过程中，油管会因为各种原因导致弯曲，如抽油管受拉伸、酸化、压裂、高温等外部环境影响，活塞效应、螺旋效应、膨胀效应等作用。
无损检测技术即为不损伤材料和成品的检测，该项技术的检测原理为材料的内部结构对光、热、点的反应，通过反应情况即可判断材料内部是否异常。
应用无损检测技术检测油管的强度，确定其是否存在缺陷，对构建所能允许的负荷和使用寿命进行评价，根据检测结构对油管进行修理。
1.1石油管缺陷检测系统的信号采集及处理方法石油管检测系统的主要组成部分为传感器、数字信号处理设备以及相对应的支撑性装置。
在石油管的实际无损检测技术应用中，在石油管中进行探测传感器的运行，从而对石油管工作中存在的缺陷信息进行有效探析。
信号处理装置主要是将在探测传感器中所检测到的相应信息进行一个放大处理，在处理操作后将其相应的信息传输到转换仪器中，并做出相关的科学处理最终在计算机内进行缺陷的分析处理。
在石油管的无损检测过程中，在石油管及相应传感器的运动过程中，均应保证石油管的整体表面状态能够被扫描头扫描到，如出现未完整扫描的情况，那么则易出现漏检状况。
因此，在对石油管进行无损检测工作时，其主要的依靠力量为扫描头的全面旋转，而扫描范围应在石油管上方呈现一种螺旋线的轨迹方向，关于探测仪器的所处位置以及相应的速度均应进行科学准确的控制。
油气管道无损检测技术的应用
油气管道无损检测技术的应用发布时间：2023-05-16T06:15:44.521Z 来源：《新型城镇化》2023年9期作者：布春瑜[导读] 油气管道作为输送大量石油或天然气等能源的运输渠道，目前应用十分广泛。
国家管网集团工程技术创新有限公司华东设计院江苏徐州 221008摘要：油气管道作为输送大量石油或天然气等能源的运输渠道，目前应用十分广泛。
为确保油气管道的安全运行，延长使用寿命，应定期对其进行无损检测，以便及时发现问题，及时进行维修改造。
关键词：油气管道；缺陷；无损检测1油气管道缺陷漏磁检测原理1.1漏磁检测技术的工作原理油气管道的漏磁检测装置备有自带电源，可以随着传输流体在管道中运行，且在运行过程中由励磁设备向管壁内加载恒定磁场，再通过传感器测量管道内泄漏的磁通密度，将测量数据压缩后存储至设备中。
当检测装置经过缺陷位置时，就会有漏磁通泄漏，并被传感器测量到。
当信号采集工作结束后，检测设备将从管道内取出，利用专用软件对测得数据实现分析与处理，判断管道内的腐蚀与缺陷情况。
另外，为了方便对检测结果的观察，可以将管道中的漏磁信号绘画成色图，利用不同颜色显示不同腐蚀程度，或者以波形益线形式表示，就可以直观地从色图上显示出缺陷与腐蚀情况，再结合里程记录系统和地面标记系统来实现缺陷的轴向和周向定位，作为管道管理者进行管道寿命评估和制定维修计划的科学依据。
目前漏磁检测技术已经基本实现了对油气管道缺陷图像的重建和伪色彩处理、缺陷图像的压缩数据处理等，同时对管道缺陷实现有限元仿真，深入研究检测装置对漏磁的影响，优化漏磁检测装置。
最后，再将小波神经网络应用在研究漏磁信号和缺陷的几何参数非线性关系中，以有限元仿真得到缺陷漏磁信号，以验证神经网络的真实性与可靠性，可获得较好效果。
1.2漏磁检测技术的优点由于采用漏磁技术对管道的损伤与腐蚀进行检测是十分经济有效的方法，因此漏磁检测技术的智能化也得以广泛应用。
现代漏磁检测技术可以发出分辨率很高的信号，并在一定范围内接受测试。
应用于油气管道的无损检测技术简介
工业技术94 2015年44期应用于油气管道的无损检测技术简介郑树林孙霄龚则中石化长输油气管道检测有限公司，江苏徐州 221008摘要：无论是在管道制造还是在管道的运行过程中无损检测都担当了相当重要的角色，对管道的运行安全做出了相当大的贡献，对于危险因素可以利用无损检测做到了防患于未然，对于人身安全影响或是经济效益都是非常巨大的。
管道无损检测技术一直是发达国家争先发展的新技术，我们国家也是在不断的发展和进步中，相信在不久的将来我们会将无损检测技术发展的更加完整和成熟。
关键词：油气管道；无损检测；技术中图分类号：TE973.6 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)44-0094-021 导言对油气管道进行安全性的无损检测有利于提升油气管道的使用率以及提升使用效能，同时，对于油气管道的无损检测能够及时发现油气管道存在的问题，避免因油气管道破损影响正常的工作。
2 无损检测技术的发展无损检测是随着现代工业和科学技术的发展而不断发展起来的。
1906年，南非研制了第一台钢丝绳电磁无损检测装置，它对于减少当时南非的金矿由于钢丝绳断裂而引起的事故起到一定的作用。
第二次世界大战以后，无损检测技术迅速发展。
到20世纪80年代后期，随着为电子技术和计算机技术的发展，人们开始注重无损检测仪器的微计算机化和智能化，计算机模式识别技术，人工智能技术的发展为这类仪器的产生提供了坚实的理论基础，各类射线在无损检测中得到应用。
中国自20世纪50年代以后开始了无损检测技术的研究，先后开展了各种无损检测检测技术的基本原理和应用技术的研究。
在航空航天、冶金、机械、石油化工等部门，无损检测技术的应用以日益增加并日趋成熟。
3 无损检测技术常用的方法3.1 射线无损检测法射线无损检测是指利用电磁波或者电磁辐射的能量，当射线透过介质时会与介质发生相互作用，而这相互作用与物质的性质有关，从而在胶片上的感光程度也会不同，通过找出的像从而来确定缺陷，就如医院中的Ｘ光射线一般。
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霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集 成电路之间的安装关系 c）叶片位置与点火正时的关系 1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁 5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
d
a c
b
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。 当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。 如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率 的交变电势。
霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
B
线性区
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少高斯 至正的多少高斯？（1T＝104Gs）
霍尔元件的主要外特性参数（续）
第三节
霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函 数，即 EH=KHIBcos 。
利用这个关系可以使其中两个量不变， 将第三个量作为变量，或者固定其中一个量， 其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器 有许多用途。
霍尔传感器主要用于测量能够转换为 磁场变化的其他物理量。
一、霍尔特斯拉计（高斯计）
用钳形表测量 电动机的相电流
霍尔式电流
谐波分析仪
被测电流的 谐波频谱
铁心的 开合缝隙
铁心的 杠杆压舌
霍尔电流传感器的技术指标
某型号霍尔电流传感器技术指标
额定输入电流：300A 额定输出电：4±1% V 电源电压： ±15±5% V 失调电压： 25 mV 失调电压漂移：≤±1mV/℃ 线性度： ≤1%FS 响应时间：≤7μS 绝缘电压：50HZ，1min，2.5 KV 工作温度：-10～+70 ℃
汽车电子点火装置使用的点火控制器、 霍尔传感器及点火总成
磁铁
点火总成
三、霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消 了换向器和电刷，而采用霍尔 元件来检测转子和定子之间的 相对位置，其输出信号控制电 普通直流电动机使 枢电流的换向，维持电动机的 用的电刷和换向器 正常运转。 由于无刷电动机不产生 电火花及电刷磨损等问题，所 以它在录像机、CD唱机、光 驱等家用电器中得到越来越广 泛的应用。
流过霍尔元件的电流为
得： 所以：
I = dQ / dt = bdvnq
(8-4)
v =I / nqbd UH = BI / nqd
若取
RH = 1 / nq
则
UH
IB RH d
RH被定义为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半
导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。
传感器原理与应用——第七章
霍尔元件
霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
霍尔元件
磁铁
霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心 气隙的B值
霍尔元件
霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机 械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统 靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而 周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、 f 放大、整形后可以确定被测物的转速。
最大激励电流IM :
由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故 在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励 电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度 升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每 种型号的元件均规定了相应的最大激励电流， 它的数值从几毫安至十几毫安。
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？ 8μ A 0.8mA 8mA 80mA
五、霍尔电流传感器
所实现的多媒体界面：
霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC
EH=霍尔电流
传感器（续）
霍尔钳形电流表（交直流两用）
豁口
压舌
霍尔钳形电流表演示
被测电流的 70.9A 导线未放入 铁心时示值 为零
直流200A量程
霍尔钳形 霍尔钳形 电流表演示 电流表演示
l
图8-1 霍尔效应
传感器原理与应用——第七章
设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时
FL = qvB
(8-1)
当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有
qEH=qvB
故霍尔电场的强度为
EH=vB
所以，霍尔电压UH可表示为
（8-2）
UH = EH b = vBb
(8-3)
传感器原理与应用——第七章
匝数比：1：2000
出去活动一下
汽车电子点火电路及波形
a）电路 b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形
1—点火开关 2—达林顿晶体管功率开关 3—点火线圈低压侧 4—点火线圈铁心 5—点火线圈高压侧 6—分火头 7—火花塞
霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔 IC的输出为低电平，晶体管功率开关处于导通 状态，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以 磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。 当叶片槽口转到霍尔IC面前时，霍尔IC输 出跳变为高电平，经反相变为低电平，达林顿 管截止，切断点火线圈的低压侧电流。由于没 有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁 场能量在高压侧感应出30~50kV的高电压。
2015-1-14 2
第一节
霍尔元件的结构及工作原理
半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场 中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过 薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产 生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。
传感器原理与应用——第七章
一
霍尔效应
传感器原理与应用——第七章
B
d
b FE FL v UH I
n 60
线性霍尔
22
S
N
磁铁
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔 元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形 后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔 元件时，输出为低电平。
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置 （ABS）中的应用
带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
钢质
霍尔
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。 用霍尔转速传感器来检测和保持车轮的转动， 有助于控制刹车力的大小和防止侧偏。
开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
Vcc
霍尔 元件
施密特 触发电路
OC门
.
双端输入、 单端输出运放
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
回差越大， 抗振动干扰 能力就越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少 特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离 霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回 差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？
电动自行车的无刷电动机及控制电路
利用 PWM 调速
去速度 控制器
光驱用的无刷电动机内部结构
四、霍尔式接近开关
当磁铁的有效磁极接 近、并达到动作距离时， 霍尔式接近开关动作。霍 尔接近开关一般还配一块 钕铁硼磁铁。
霍尔式接近开关
当磁铁随运 动部件移动到距 霍尔接近开关几 毫米时，霍尔IC 的输出由高电平 变为低电平，使 继电器吸合或释 放，控制运动部 件停止移动（否 则将撞坏霍尔 IC），起限位的 作用。
无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
无刷电动机
可充电 电池组
无刷电动机在电动
自行车上的应用
无刷直流电动机 的外转子采用高性能 钕铁硼稀土永磁材料； 三个霍尔位置传感器 产生六个状态编码信 号，控制逆变桥各功 率管通断，使三相内 定子线圈与外转子之 间产生连续转矩。具 有效率高、无火花、 可靠性强等特点。
设
RH KH d
U H K H IB
KH即为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单
位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的
大小. 单位是mV/（mA·T）
1 KH nqd
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势EH可用下式表示： EH=KH IB
用霍尔IC只能用于铁 磁材料的检测，并且还需要 建立一个较强的闭合磁场。
霍尔式接近开关用于 f 转速测量演示 n= 60
4
(r/min)
T
软铁分流翼片
开关型霍尔IC
将被测电流的 导线穿过霍尔电流 传感器的检测孔。 当有电流通过导线 时，在导线周围将 产生磁场，磁力线 集中在铁心内，并 在铁心的缺口处穿 过霍尔元件，从而 产生与电流成正比 的霍尔电压。
请画出线性范围
开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳 压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集 电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门 由高阻态变为导通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍 尔器件如UGN3020等。
霍尔转速表的其他安装方法
霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突 起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔 电势的变化，产生转速信号。
二、霍尔式无触点汽车电子点火装置 汽车点火线圈
高压输出 接头 12V低压电源 输入接头
采用霍尔式无 触点电子点火装置 能较好地克服汽车 合金触点点火时间 不准确、触点易烧 坏、高速时动力不
第二节
霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
线性型三端 霍尔集成电路
线性型霍尔特性
右图示出了具有双 端差动输出特性的线性 霍尔器件的输出特性曲 线。当磁场为零时，它 的输出电压等于零；当 感受的磁场为正向（磁 钢的S极对准霍尔器件 的正面）时， 输出为 正；磁场反向时，输出 为负。