文档介绍：第15章电流传感器、磨损检测用传感器、角速度检测用传感器、载荷检测传感器
汽车用电流传感器与霍尔元件
磨损检测传感器
角速度检测用传感器
横摆角速度检测用传感器
载荷检测传感器—压电型载荷传感器
汽车用电流传感器与霍尔元件
15. 1. 1前言
环境问题已成为世界性的课题,在汽车行业中,对所有汽车厂来说,最大的课题就是如何在不降低汽车安全、舒适的条件下,来推行降低油耗和减少气体排放。作为引人注目的解决方法是,采用由发动机与电动机构成的混合动力车(HFV)、电动汽车(PEV ),进而采用燃料电池车(FCEV )等动力源的变革,以及采用电动助力转向、电动制动器等各种控制,电动与电子控制带来了小型与轻量化的变革。
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汽车用电流传感器与霍尔元件
但是在采用这些新技术时,不可避免的是伴随着汽车电器设备的增多而造成耗电的增加。因此,对各系统的电流总是采取监测的办法进行高效率的控制,并尽量降低蓄电池的负荷。电流传感器就可以起到监测各系统的过电流,检测各电动机的驱动电流,以及检测蓄电允放电的作用。可以说,电流传感器是防止浪费用电的关键部件。
本节下面就对工作温度范围宽、小型而且高精度的汽车用电流传感器和电流传感器中的霍尔元件加以介绍。
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汽车用电流传感器与霍尔元件
15. 1. 2电流传感器的种类与特点
电流传感器可以大致按是否使用霍尔元件加以分类。在使用霍尔元件的传感器上,传感器与电流、电路可以是绝缘的,由此可以检测出直流、交流或者叠加在直流上的交流等多种电流电平。一般来说,磁场比例式电流传感器的部件数量比较少、小型、成本较低,所以民用产业设备上采用的比较多,但是,在汽车的宽工作范围下使用时,由于霍尔元件的偏置电压(被测电流在10A时产生的误差电压)与输出温度的电压漂移,所以电流传感器的特性可能会出现误差。
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为了降低这一误差,改进霍尔元件自身的温度特性,与配用最佳的温度补偿电路是必不可少的。与此相比,磁场平衡式电流传感器的霍尔元件的电特性及磁芯的磁特性基本上不会受到影响,此外,因为是电流输出,所以传输线路上难以受到外界的干扰。因此,在精度需要非常高的系统上采用得比较多。但正因为是电流输出,所以传感器自身所消耗的电力与被测电流成正比,即比较大,同时,磁芯上还必须绕线,这样一来,难以实现小型与轻量化。此外,令人担心的是在传感器下落与受到冲击时绕组有可能开路。
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汽车用电流传感器与霍尔元件
综上所述,各种电流传感器都各有所长、各有所短,所以作为汽车系统来讲,系统的开发人员在选择电流传感器的时候处于一种有些烦恼的状态。如上所述,汽车用电流传感器无论哪种方式,按普通的规格来说都难以满足汽车的要求,因此,有的厂家按下述项目开发了汽车用电流传感器。
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15. 1. 3新型用电流传感器的概念
(1)非接触式电流传感器。
(2)在外界干扰时仍可稳定地工作。
(3)小型、低成本、低耗电。
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15. 1. 4霍尔元件
在电流传感器上,霍尔元件是将电路周围所产生的磁场强度变换成电信号的元件,它是传感器的主要部件之一。根据所用的半导体,霍尔元件可以分为三种:GaAs、InSb、InAs,汽车用电流传感器工作温度范围宽,精度也非常重要,所以主要采用输出电压的温度变化比较小,线性也比较好的GaAs型。
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霍尔元件一般采用输入、输出端子呈十字形的结构,如图15一1所示。在电压(电流)加到输入端子间的场合下,再对图形加上垂直方向的磁场时,输入、输出端子之间就会产生电压。在没有磁场时,理想元件的输出端子之间所产生的电压为零,但是,由于电极部位的欧姆接触,即产生保护膜的杂散性等所引起的输出端之间会形成误差电压。众所周知,此电压随元件的温度而变化。在电流传感器上,此误差电压就是输出误差,所以在高精度的电流传感器上,采用霍尔元件的场合下,才需要选用误差电压非常小的霍尔元件,或者需要用电路来补偿误差电压。
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在分析误差电压与温度变化的不规则原因时,已经确认到:注塑树脂加在霍尔元件的感磁面上时,应力的影响很大。因此,现在有些公司生产的霍尔元件使用无机绝缘膜和有机保护层保护感磁面。但下一步是增加保护膜后,如何消除加在感磁面上的应力的影响。由此可知,在60℃一150℃