利用電磁原理的傳感器統(tǒng)稱為電磁壓力傳感器,主要包括霍爾壓力傳感器、電感壓力傳感器、電渦流壓力傳感等。
1、霍爾壓力傳感器
霍爾壓力傳感器是基于某些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體放置在一個(gè)磁場(chǎng)內(nèi),且有電流通過(guò)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊,繼而產(chǎn)生電壓(霍爾電壓)的現(xiàn)象。電壓所引致的電場(chǎng)力會(huì)平衡洛倫茲力。通過(guò)霍爾電壓的極性,可證實(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶有負(fù)電荷的粒子(自由電子)之運(yùn)動(dòng)所造成。
在導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場(chǎng),會(huì)使得導(dǎo)線中的電子受到洛倫茲力而聚集,從而在電子聚集的方向上產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng),此電場(chǎng)將會(huì)使后來(lái)的電子受到電力作用而平衡掉磁場(chǎng)造成的洛倫茲力,使得后來(lái)的電子能順利通過(guò)不會(huì)偏移,此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。
當(dāng)磁場(chǎng)為一交變磁場(chǎng)時(shí),霍爾電動(dòng)勢(shì)也為同頻率的交變電動(dòng)勢(shì),建立霍爾電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間極短,故其響應(yīng)頻率高。常用霍爾元件的材料大都是半導(dǎo)體,包括N型硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦InAs)、鍺(Ge)、砷化鎵GaAs)及多層半導(dǎo)體質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
2、電感壓力傳感器
電感式壓力傳感器的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同,當(dāng)壓力作用于膜片時(shí),氣隙大小發(fā)生改變,氣隙的改變影響線圈電感的變化,處理電路可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號(hào)輸出,從而達(dá)到測(cè)量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種:變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測(cè)量范圍大;缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。
變磁阻式壓力傳感器主要部件是鐵芯跟膜片。它們跟之間的氣隙形成了一個(gè)磁路。當(dāng)有壓力作用時(shí),氣隙大小改變,即磁阻發(fā)生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓,電流會(huì)隨著氣隙的變化而變化,從而測(cè)出壓力。
在磁通密度高的場(chǎng)合,鐵磁材料的導(dǎo)磁率不穩(wěn)定,這種情況下可以采用變磁導(dǎo)式壓力傳感器測(cè)量。變磁導(dǎo)式壓力傳感器用一個(gè)可移動(dòng)的磁性元件代替鐵芯,壓力的變化導(dǎo)致磁性元件的移動(dòng),從而磁導(dǎo)率發(fā)生改變,由此得出壓力值。
3、電渦流壓力傳感器
基于電渦流效應(yīng),由一個(gè)移動(dòng)的磁場(chǎng)與金屬導(dǎo)體相交,或是由移動(dòng)的金屬導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直交會(huì)所產(chǎn)生。簡(jiǎn)而言之,就是電磁感應(yīng)造成的。這個(gè)動(dòng)作產(chǎn)生了一個(gè)在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流。電渦流特性使電渦流檢測(cè)具有零頻率響應(yīng)等特性,因此電渦流壓力傳感器可用于靜態(tài)力檢測(cè)。
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