自动检测-第八章
自动检测-第八章
当UGN3501M感受的磁场为零时，调节5、6、7之间的调零电位器，可使第1引脚相对于第8引脚的输出电压等于零。
二、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。
c
d
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。
输入电阻Ri 是指霍尔元件两激励电流端的直流电阻。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激励时，原件温度会升高，输入电阻会变小，从而使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，产生测量误差。为减小温漂，最好使用恒流源作为激励源。
开关型霍尔集成电路的外形及内部电路
OC门 施密特触发电路 双端输入、 单端输出运放 霍尔 元件 Vc
开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线
开始接线
接线完毕
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）？
1
2
霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函数，即： EH=KHIBcos 。
01
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。这使得霍尔传感器可以有许多用途。
02
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。
03
三、霍尔传感器的应用
自动检测设备管理制度
第一章总则第一条为确保自动检测设备的安全、有效运行，提高检测数据的准确性和可靠性，保障产品质量，特制定本制度。
第二条本制度适用于公司所有使用自动检测设备的部门和个人。
第三条自动检测设备的管理应遵循科学、合理、经济、高效的原则。
第四条自动检测设备的管理责任落实到具体部门和责任人，确保设备管理工作的落实。
第二章设备分类与标识第五条自动检测设备按其功能和用途分为以下类别：（一）通用检测设备：如电子万能试验机、冲击试验机、振动试验机等；（二）专用检测设备：如产品质量检测设备、环境检测设备、安全检测设备等；（三）计量器具：如天平、卡尺、量具等。
第六条自动检测设备应进行标识，标识内容包括：（一）设备名称、型号、规格；（二）制造商、生产日期；（三）设备编号、使用部门、责任人；（四）校准日期、校准有效期。
第三章设备采购与验收第七条自动检测设备的采购应遵循国家相关法律法规，严格执行采购程序，确保设备质量。
第八条设备采购前，应进行市场调研，选择符合公司需求的设备，并编制采购计划。
第九条设备采购后，应由相关部门组织验收，验收内容包括：（一）设备外观、性能、功能是否符合要求；（二）设备配件、说明书、合格证等资料是否齐全；（三）设备安装、调试是否符合规范。
第四章设备使用与维护第十条自动检测设备的使用应遵循以下原则：（一）操作人员应熟悉设备性能、操作规程和安全注意事项；（二）操作人员应严格按照设备操作规程进行操作，不得擅自改变设备参数；（三）操作人员应定期对设备进行检查，发现异常情况应及时上报。
第十一条自动检测设备的维护保养应按照设备说明书和操作规程进行，维护保养内容包括：（一）清洁设备表面，保持设备整洁；（二）检查设备各部件的磨损情况，及时更换磨损件；（三）检查设备润滑系统，及时添加润滑油；（四）检查设备电源、气源等，确保设备正常工作。
第五章设备校准与计量第十二条自动检测设备应定期进行校准，校准周期根据设备说明书和实际使用情况确定。
《自动检测技术及应用》教案
《自动检测技术及应用》教案第一章：自动检测技术概述1.1 自动检测技术的定义与发展1.2 自动检测技术在工程应用中的重要性1.3 自动检测技术的分类与特点1.4 自动检测技术的基本组成部分第二章：模拟检测技术2.1 模拟检测的基本原理2.2 传感器的基本特性与选择2.3 信号处理电路的设计与分析2.4 模拟检测系统的应用实例第三章：数字检测技术3.1 数字检测的基本原理3.2 数字信号处理技术3.3 数字检测系统的组成与设计3.4 数字检测技术的应用实例第四章：智能检测技术4.1 智能检测技术的基本原理4.2 算法在检测技术中的应用4.3 智能检测系统的组成与设计4.4 智能检测技术的应用实例第五章：自动检测技术在工程应用中的案例分析5.1 自动化生产线的检测与控制5.2 汽车尾气排放检测技术5.3 生物医学信号检测技术5.4 电力系统状态检测技术第六章：传感器技术6.1 传感器的分类与基本原理6.2 常用传感器的特性与应用6.3 传感器信号的处理与分析6.4 传感器技术的最新发展趋势第七章：信号处理与分析7.1 信号处理的基本概念与方法7.2 数字信号处理技术7.3 信号分析与识别技术7.4 信号处理与分析在自动检测中的应用第八章：数据采集与通信技术8.1 数据采集系统的设计与实现8.2 模拟/数字转换技术8.3 通信协议与接口技术8.4 数据采集与通信技术在自动检测中的应用第九章：自动检测系统的可靠性分析9.1 系统可靠性的基本概念9.2 系统可靠性的数学模型9.3 提高自动检测系统可靠性的方法9.4 系统故障诊断与容错技术第十章：自动检测技术在典型行业中的应用10.1 自动化制造业中的应用10.2 电力系统中的应用10.3 交通运输行业中的应用10.4 环境监测与保护领域中的应用第十一章：现代检测技术11.1 光纤传感技术11.2 激光检测技术11.3 超声波检测技术11.4 红外检测技术第十二章：非线性检测技术12.1 非线性系统的特点12.2 非线性检测方法12.3 非线性检测技术的应用12.4 非线性检测技术的发展趋势第十三章：故障诊断与预测技术13.1 故障诊断的基本原理13.2 故障诊断方法13.3 故障预测技术13.4 故障诊断与预测技术的应用第十四章：自动检测技术在科研中的应用14.1 自动检测技术在物理科研中的应用14.2 自动检测技术在生物科研中的应用14.3 自动检测技术在化学科研中的应用14.4 自动检测技术在其他领域科研中的应用第十五章：自动检测技术的未来发展趋势15.1 微纳检测技术15.2 生物传感器技术15.3 网络化与智能化检测技术15.4 检测技术在可持续发展中的应用重点和难点解析重点：1. 自动检测技术的定义与发展2. 模拟检测技术、数字检测技术和智能检测技术的原理与特点3. 传感器的基本特性与选择、信号处理电路的设计与分析4. 数字信号处理技术、算法在检测技术中的应用5. 自动检测技术在工程应用中的案例分析，如自动化生产线、汽车尾气排放检测等难点：1. 模拟检测技术、数字检测技术和智能检测技术之间的区别与联系2. 传感器特性的详细分析及其在实际应用中的选择3. 信号处理电路的复杂设计与分析4. 数字信号处理技术、算法在检测技术中的应用细节5. 自动检测技术在工程应用中的案例分析，尤其是涉及多学科交叉的部分本文教案旨在帮助学生全面了解自动检测技术的基本概念、原理及其在各个领域的应用，为学生进一步研究和发展自动检测技术提供基础。
自动检测技术及应用》教案
自动检测技术及应用教案章节：第一章自动检测技术概述教学目标：1. 了解自动检测技术的定义、作用和分类。
2. 掌握常见自动检测技术的原理和应用。
3. 理解自动检测技术在工程实践中的应用价值。
教学内容：1. 自动检测技术的定义和作用2. 自动检测技术的分类3. 常见自动检测技术及其原理4. 自动检测技术在工程实践中的应用案例教学过程：1. 引入：通过生活中常见的自动检测实例，如自动门、自动感应灯等，引发学生对自动检测技术的兴趣。
2. 讲解：详细讲解自动检测技术的定义、作用和分类。
3. 示范：通过示例演示常见自动检测技术的原理和应用。
4. 实践：让学生参与实际操作，体验自动检测技术的工作原理和应用效果。
5. 讨论：引导学生思考自动检测技术在工程实践中的应用价值，并提出问题引导学生深入思考。
教学评价：1. 学生能准确回答自动检测技术的定义、作用和分类。
2. 学生能理解常见自动检测技术的原理和应用。
3. 学生能认识到自动检测技术在工程实践中的应用价值。
教案章节：第二章传感器技术基础教学目标：1. 了解传感器的定义、作用和分类。
2. 掌握常见传感器的原理和应用。
3. 理解传感器在自动检测系统中的重要性。
教学内容：1. 传感器的定义和作用2. 传感器的分类3. 常见传感器的原理和应用4. 传感器在自动检测系统中的重要性教学过程：1. 引入：通过生活中的传感器实例，如温度计、光敏电阻等，引发学生对传感器的兴趣。
2. 讲解：详细讲解传感器的定义、作用和分类。
3. 示范：通过示例演示常见传感器的原理和应用。
4. 实践：让学生参与实际操作，体验传感器的工作原理和应用效果。
5. 讨论：引导学生思考传感器在自动检测系统中的重要性，并提出问题引导学生深入思考。
教学评价：1. 学生能准确回答传感器的定义、作用和分类。
2. 学生能理解常见传感器的原理和应用。
教案章节：第三章信号处理与分析教学目标：1. 了解信号处理的定义、作用和分类。
第八章 检测技术的基础——霍尔传感器
施密特触发器,输出电路所 构成。 放大器采用差分式，利于
抗干扰； 施密特触发器是常用的限位
电平翻转的电路； 输出电路采用集电极开路方式(2,
3脚）。
2.线性集成块
放大器采用三运放组成精密电桥放大器，具有强大的抗干扰 能力。考虑到需要线性输出，有的器件内部安排了线性补偿电路。
角位移
3
2
1
7—14 角位移测量仪结构示意图
1—极靴 2—霍尔器件 3—励磁线圈
角度和电势变化正比，但不是线性，必须采用特定形状的磁极
位移
在磁场强度相同而极性相反的两个磁铁气隙中放置一 个霍尔元件。当元件的控制电流I恒定不变时，霍尔电 势方V 向H的与变磁化感梯应度强d度B dBx成为正一比常。数若则磁当场霍在尔一元定件范沿围x内方沿向x 移动时，VH 的变化为:
三.霍尔片的电路补偿
1.不等位电势的补偿:
不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些
2.温度补偿
霍尔元件一般为半导体材料制成,许多参数都会受到温度的影响.例如迁移率、电 阻率都受到温度变化而明显变化。由此引起灵敏度,输入电阻,输出电阻都发 生相应变化.为了保证测量精度,有必要采取补偿措施。
（1）恒流源分压电阻法:
霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的悍上两对电极 引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端）
霍尔元件实测
演示视频
二、霍尔片的主要技术指标
1.额定激励电流IH:
霍尔元件温升10C所焦耳热W.
Wj
I 2R
I 2
的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主要有下列三 个方面的用途：
①维持I、a不变，则E=f(B)，在这方面的应用有：测量
第8章 现代检测技术的应用
图8-8 AD590的温度校正误差
误差补偿方法
图8-9 单点调整补偿电路
图8-10 双点调整电路
8.4 物化特性参数检测
8.4.1 微量水分测定
USIUSI-1型微量水分测定仪是利用库仑 法测定气体中微量水分的仪器。 法测定气体中微量水分的仪器。仪器 采用连续取样的方式， 采用连续取样的方式，根据吸湿电解 的原理进行工作。 的原理进行工作。
高压电流/ 8.1.1 高压电流/电压的检测
图8-1 高压电流信号采集通路原理框图
图8-1中，高压交流电流的检测首先通过 电流互感器TA TA将被测高压交流电流转变为 电流互感器TA将被测高压交流电流转变为 霍尔电流传感器LT5能接收的低值信号， LT5能接收的低值信号 霍尔电流传感器LT5能接收的低值信号， LT5的输出信号一方面可以直接用作其他 LT5的输出信号一方面可以直接用作其他 的交流检测与控制信号， 的交流检测与控制信号，另一方面通过 AC/DC转换器转换为直流电流信号 转换器转换为直流电流信号， AC/DC转换器转换为直流电流信号，送到 直流数字面表板显示被测的电流值， 直流数字面表板显示被测的电流值，该直 流信号也可以用来当作其他的直流检测与 控制信号。 控制信号。
8.2.2 加速度检测
图 8-5 加速度信号检测电路原理图
中虚柜内A为压阻式加速度传感器， 图8-5中虚柜内A为压阻式加速度传感器，该电 路中由高输入阻抗运放A1 电阻R1 电容C2 A1、 R1、 C2构 路中由高输入阻抗运放A1、电阻R1、电容C2构 成电荷放大器，其低频响应由C2 R1决定 C2、 决定； 成电荷放大器，其低频响应由C2、R1决定；电 R2是输入电压过大时用来保护运放的电阻 是输入电压过大时用来保护运放的电阻； 阻R2是输入电压过大时用来保护运放的电阻； 由运放A2 电阻R3 R4、电位器RP1电容C5 A2、 R3、 RP1电容C5构成 由运放A2、电阻R3、R4、电位器RP1电容C5构成 调整放大器，调整RP1可获得需要的输出，A2为 RP1可获得需要的输出 调整放大器，调整RP1可获得需要的输出，A2为 电流可编程的运算放大器，为了降低噪声， 电流可编程的运算放大器，为了降低噪声，可 通过调整RP2来给A2送入合适的电流。 RP2来给A2送入合适的电流 通过调整RP2来给A2送入合适的电流。该电路的 输出信号可接至A/D转换、微处理器、 A/D转换 输出信号可接至A/D转换、微处理器、显示等硬 件电路，构成完整的加速度检测系统。 件电路，构成完整的加速度检测系统。
自动检测与转换技术课后作业参考答案
第一章作业答案2-3何谓真空度？某点的真空度为0.4×105Pa ，其绝对压力和相对压力分别是多少？ 答：绝对压力比大气压小的那部分数值为真空度。
绝对压力=大气压力—真空度=0.6×105Pa 相对压力=—真空度=—0.4×105Pa2-5在图2-12中，液压缸直径150D mm =，活塞直径100d mm =，负载50000F N =。
若不计油液自重及活塞或缸体重量，求a) 、b)两种情况下的液压缸内部的油液压力。
解：a)列活塞受力平衡式：柱pA F =，则MPa d F A F p 66221037.6101004500004⨯=⨯⨯===-ππ柱b) 列缸体受力平衡式：缸环pA pA F =+，则MPa d F A F p 66221037.6101004500004A -⨯=⨯⨯===-ππ环缸2-6如图2-13所示的液压装置中，已知120d mm =，250d mm =，180D mm =，2130D mm =，130/min q L =。
求1υ、2υ和2q 各是多少？解：s m A qv /106.0)2080(4601030223111=-⨯⨯⨯==-π在大小缸活塞之间，根据连续性方程可知：22221144D v D v ππ= 则有：s m v /04.0106.013080222=⨯=s m d D v q /105.410)50130(404.0)(434622222222--⨯=⨯-⨯⨯=-⨯⨯=ππ第三章作业答案3-9 图3-20中，若不计管路压力损失，试确定如图所示各工况下，泵的工作压力p （压力表的读数）各为多少？（已知图c 中节流阀的压差为Δp ）答：0=p ；AFp =；p p ∆=；0=p 3-11 某液压泵的工作压力为5MPa ，转速为1450r/min ，排量为40mL/r ，容积效率为0.93，总效率为0.88，求泵的实际输出功率和驱动该泵所用电动机的功率。
第八章霍尔传感器
第八章霍尔传感器
图8-1 霍尔元件
a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形总结：
图8-2 线性型霍尔集成电路
a）外形尺寸b）内部电路框图c）双端差动输出型外观
图8-3 线性型霍尔集成电路输出特性
开关型霍尔集成电路将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器
（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
门重新变为高阻态。
这类器件中较典型的有UGN3020
图8-4 开关型霍尔集成电路
a）外形尺寸b）内部电路框图
图8-8角位移测量仪结构示意图
1－极靴2－霍尔器件3－励磁线圈发散性思维：
图8-12霍尔接近开关应用示意图
a）外形b）接近式c）滑过式d）分流翼片式
1－运动部件2－软铁分流翼片
）接近式c）滑过式哪一种不易损坏？为什么？
8-12d中，磁铁和霍尔接近开关保持一定的间隙、均固定不动。
软铁制作的分流翼片与运动部件联动。
当它移动到磁铁与霍尔接近开关之间时，磁力线被屏蔽，无法到达霍尔接近开关，所以此时霍尔接近开关输出跳变为高电平。
改变分流翼片的宽度可以改变霍尔接近开关的高电平与低电平的占空比。
发散性思维：电梯“平层”如何利用分流翼片的原理？
霍尔传感器的其他用途：霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔电能表、霍尔高斯计、霍尔液位计、霍尔加速度计等。
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8μA 0.8mA 8mA 80mA
霍尔元件的等效电路
在a、b、c、d四个端点之间,等效于一个四臂电桥
霍尔元件的不等位电动势及调零
在额定激励电流下，当外加磁场为零时， 霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电动 势E0，它是由于4个电极的几何尺寸不对称引
三、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。这使得霍尔传感器可以有许多用途。
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。
霍尔特斯拉计（高斯计）
片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍
尔电动势为：EH=KHIB cdos
b c 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。
2、霍尔元件的特性参数
A、输入电阻Ri 是指霍尔元件两激励电流端的直流
EH=KH IB 式中： KH——霍尔元件的灵敏度。 由于金属材料中的电子浓度n很大，所以灵敏
度KH非常小。而半导体材料中的电子浓度较小，所 以灵敏度比较高。因此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。
霍尔元件的工作原理分析
d a
c
d a
c
b 磁感应强度B为零时的情况
b 磁感应强度B 较大时的情况
霍尔集成电路的调零
当UGN3501M感受的磁场为零时，调节5、 6、7之间的调零电位器，可使第1引脚相对于 第8引脚的输出电压等于零。
二、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。
霍尔效应演示
aa
dd
bb
cc
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑 兹力的作用，向内侧（d 侧）偏移，在半导 体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。
磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是 与其法线成某一角度 时，实际上作用于霍尔
元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄
电阻。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激 励时，原件温度会升高，输入电阻会变小，从而 使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，产生 测量误差。为减小温漂，最好使用恒流源作为激 励源。 B、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。
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
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。
1、工作原理 霍尔效应: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，导电薄膜越薄，灵敏度 就越高。
影响霍尔电动势的因数
流入激励电流端（a、b）的电流Iab越大， 电子和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越 高。
作用在薄片上的磁感应强度B越强，电子 受到的洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。
《自动检测技术》
第八章 霍尔传感器
本章介绍霍尔传感器 的工作原理、 霍尔集成电路的特性及其在检测技术中 的应用，还涉及交直流霍尔电流传感器、 霍尔电压传感器的原理及输出信号的换 算。
第八章 霍尔传感器 目录
8.1 霍尔元件的工作原理及特性 8.2 霍尔集成电路 8.3 霍尔传感器的应用
一、霍尔元件的工作原理及特性
2、霍尔元件的特性参数（续）
C、灵敏度KH 是在磁场垂直于霍尔元件的测试条件下，
KH=EH/(IB)，它的单位是mV/(mA*T)。 D、最大磁感应强度Bm 当磁感应强度超过Bm时，霍尔电
动势的非线性误差将明显增大， Bm 的数般一值零
点几个特斯拉（T），1Gs=10-4T。
E、不等位电动势 是指在额定激励电流下，当外加磁场 为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压（E0）。
霍尔元件
霍尔特斯拉计、高斯计
高斯计是测量物体于空间上一个点的静态
或动态(交变)磁感应强度的仪器。物体发出的磁 力线垂直穿过霍尔传感器，从而产生与被测体成
正比的输出电压，由液晶板显示出磁感应强度。
单位为高斯(Gs)或特斯拉(T)。
霍尔元件
薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等 因素对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体
薄电片子的的厚电度荷为量δ为，e，霍则尔霍元尔件电中动的EH势电E子nHI浓e可B度用为下n式，
霍尔电动势与灵敏度
EH
IB
ne
式中的n、e、δ在薄片的尺寸、材料确定后均
为 常 数 ， 可 令 KH=1/(neδ) ， 则 上 式 可 简 化 为 ：
开关型霍尔集成电路Байду номын сангаас外形及内部电路
Vc 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（OC门输出）的接线
?
开始接线
接线完毕
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）？