KW-ZKSD系列霍尔式速度传感器知识分享

2022-07-08 08:46:16 华球(中国)自控

速度测量一直困扰着我们，因为速度的控制和保护非常重要，在电厂里他关系着重要泵组的安全稳定运行，在汽机更是直接影响着机组的速度控制与保护，其往往要求精度高，响应快，性能稳定，同时要满足工业严苛的运行环境。而霍尔式速度传感器在其中凭借测量精度高，响应快，稳定性好的特点在电厂汽机侧和重要泵组中得到应用。此外，霍尔元件在位置开关，运动方向感应中也有很广泛的应用。

霍尔元件的原理

霍尔效应可以通过使用金属和半导体等导体产生，效应的好坏取决于导体中的材料。该材料将直接影响流过它的电子或正离子。汽车工业常用三种半导体来制造霍尔元件/砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）和砷化铟（InAs）。这些半导体中最常见的是砷化铟。就像在霍尔博士的实验中一样，导体必须是矩形的并且非常薄，这一点很重要。这为流经它的载体在边缘分离和汇集提供了空间。

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现在让我们看看霍尔效应原理（上面的图 1 和图 2）。如果电流流过导体，并且允许磁场（磁通量）垂直于电流流过导体，则带电粒子会漂移到矩形条的边缘。这些带电粒子聚集在表面边缘。磁通量在导体上施加力，导致电压（正力）漂移到一个边缘，而电子（负力）漂移到相反边缘。施加在电流上的力称为洛伦兹力。

当磁力施加到导体上时，载流子停留在相对的两侧，从而在导体上产生电压降。这个电压差就是霍尔电压。它与流过它的电流、磁场强度和导体材料的类型成正比。如果这三个变量中的任何一个发生变化，导体两端的电压差也会发生变化。这就是为什么霍尔元件必须在电流路径上施加稳压电压的原因。如果电流被调节并且导体的材料被给定，那么唯一需要改变的就是磁场强度。当磁场强度变为与电流路径成 90° 角时，导体上的电压降也会发生变化。磁通量越强，导体上的电压降越大。

产生的霍尔电压是模拟信号。这个霍尔信号非常小/通常约为 30 微伏，磁场为 1 高斯。由于产生的电压很小，如果设备要用于实际应用，必须放大霍尔信号。

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最适合与霍尔元件一起使用的放大器类型是差分放大器，它仅放大正负输入之间的电位差。如果放大器的正负输入之间没有电压差，则放大器将没有输出电压。但是，如果存在电压差，则该差将具有线性放大。放大量由电路中使用的差分放大器给出。

霍尔元件直接连接到差分放大器，因此霍尔元件中的活动由放大器镜像。当霍尔元件中没有磁场时，不会产生霍尔电压，也不会产生放大器的输出电压。当向霍尔元件施加磁场时，会在元件上产生霍尔电压。差分放大器检测该电压差并将其放大。

KW-ZKSD系列霍尔式速度传感器

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齿轮齿霍尔效应传感器是一种数字开/关传感设备。偏置磁铁放置在霍尔元件上。在该传感器中，磁场始终穿透霍尔元件，并且始终存在霍尔电压。当齿轮齿或目标通过霍尔元件下方时，元件中的磁场会增强。随着磁场的增强，霍尔电压增加。该电压被发送到一个电路，该电路将霍尔非齿电压输出与霍尔齿电压输出进行比较。

要使该传感器工作，目标必须经过霍尔元件。在无齿位置，对电容器充电以存储无齿霍尔电压，以便将其与有齿霍尔电压进行比较。随着齿的前沿接近传感器，霍尔电压增加到预定的工作点。此时，比较器向触发电路发送信号。触发器将电压信号施加到 NPN 晶体管并将其打开。NPN晶体管连接到控制单元中的电阻电路。

电阻的一侧连接到电压调节器，另一侧连接到 NPN 晶体管的集电极。当晶体管改变状态并开启时，信号电压被拉至地。当目标旋转并且齿的后沿通过霍尔传感器时，电压下降到预定释放点以下，比较器将电压释放到触发电路并关闭 NPN 晶体管。然后晶体管改变状态并打开电路。源电压现在存在于信号电路中。如果调节器是 5 伏电源，则信号电压现在为 5 伏。当齿通过霍尔传感器下方时，电路被激活并将这个 5 伏信号拉到地。该循环重复自身以从齿轮齿霍尔效应传感装置产生数字输出。

KW-ZKSD系列霍尔式速度传感器如何测量正反转

传感器由两个霍尔效应元件组成，这些元件由磁铁偏置，以检测由铁质目标齿轮旋转引起的磁场强度变化。当目标档位经过传感器元件 A 时，输出在目标档位的一半螺距 (P/2) 处从逻辑 0 切换到逻辑 1。随着目标档位的继续，输出在档位 (P) 处从逻辑 1 切换到逻辑 0。传感器元件 B 与元件 A 相距目标齿轮节距的四分之一 (P/4)。元件 B 的输出与元件 A 的输出相移四分之一 (P/4)。在电气术语中，这会产生 90° 的相位差。当齿轮逆时针转动时，输出 A 相位领先于输出 B。当齿轮顺时针转动时，输出 A 滞后于输出 B。

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