霍尔转速传感器在皮带机综保中的应用

第５卷第３期　２０ｏ６年７月　北京工业职业技术学院学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬＯＦＢＥＩＪＩＮＧＶ（￣ＡＴＩＯＮＡＬ＆ＩＥ（ＴｄＮＩＣＡＬＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＩＮＤＵ￣ＲＹ　№．ｊ３Ｖ０Ｉ＿５　ｕ１．２００６　霍尔转速传感器在皮带机综保中的应用　刘金华　（北京工业职业技术学院，北京１０００４２）　摘要：皮带运输机是矿山运输的重要设备，低速保护是其重要的保护指标之一。利用霍尔效应制作的霍尔　开关元件无触点、无磨损、故障率低。与传统的测速机构相比，霍尔转速传感器制造简单，成本低，精度高、线　性度好，经济性能好。　关键词：霍尔效应；转速传感器；皮带机　中图分类号：ＴＰ２１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—６５５８（２００６）０３—０８—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｏｅｒ’ｓ　Ｒｅｖ－ｓｅｎｓｏｒ　ｔｏ　Ｂｅｌｔ－ｃｏｎｖｅｙｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｌｉｕ　Ｊｉｎｈｕａ　（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｌｔ－ｃｏｎｖｅｙｅｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎ　ｍｉｎｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ－ｓｐｅｅｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　Ｈｏｅｒ’Ｓ　ｄｏｍｉｎｏ　ｅｆｆｅｃｔ　ｈａｓ　ｎｏ　ｃｒｏｓｓｉｎｇ－ｄｏｔ，ｎｏ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｐｏ￣ｄ－ｍｅａｓｕｎ２　ｆａｃｉｌｉｔｉｓ，Ｈｏｅｒ’Ｓ　ｅｒｅｖ－ｓｅｎｓｏｒ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｅａｓｉ—　ｎｅｓｓ　ｉｎ　ｍａｋｉｎｇ，ｌｏｗｅｒ－ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｎｄ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅ　ｉｎ　ｌｉｎｅａｒｉｔｙ　ｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ．ａ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｏｅｒ’Ｓ　ｄｏｍｉｎｏ　ｅｆｆｃｔ；ｒｅｖ－ｓｅｅｎｓｏｒ；ｓｔｒａｐ－ｍａｃｈｉｎｅ　０引言　皮带运输机是矿山运输的重要设备，为了保障　设备正常运行和人员安全，从上世纪九十年代起开　始研发皮带机综合保护装置并投入使用。主要保护　指标有：温度保护、烟雾保护、低速保护、撕带保护、　皮带跑偏保护等。其中低速保护系统的测速机构可　采用机械测速、摩擦轮测速和光电测速。随着传感　器技术的快速发展，霍尔传感器在测速机构中的应　用具有经济、可靠、稳定等特点。　１霍尔传感器原理　１．１半导体材料的霍尔效应　磁场的方向产生横向电场，此现象叫霍尔效应，产生　的电场称为霍尔电场，如图１所示。　图１霍尔效应原理示意图　在长（１）宽（ｂ）厚（ｄ）Ｎ型半导体薄片上，沿长度　与宽度方向的四个端面上分别制作电极。在长度方　通电半导体放在均匀磁场中，在垂直于电场和　收稿日期：２０ｏ６一Ｏ５—１６　作者简介：刘金华（１９５６一），男，首都师范大学计算机专业毕业，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　刘金华：霍尔转速传感器在皮带机综保中的应用　９　向（ｘ方向上）通以控制电流Ｉｃ，在厚度方向（ｚ方向）　１．２开关型霍尔传感器　施加磁感应强度为Ｂ的磁场，在宽度方向（Ｙ方向）　把霍尔元件、温度补偿电路、放大器及电源等做　产生电位差，即产生横向电场，称为霍尔电场ＥＨ。　在一个芯片上，封装起来就构成了集成霍尔传感器，　相应的电势为霍尔电势ＵＨ：　也称为霍尔集成电路。集成霍尔传感器分为线性型　＝　Ｈ＝　：ＫＨＩｃＢ　和开关型两种。皮带机综合保护装置中的低速保护　测速机构采用的是开关型集成霍尔传感器。　霍尔电压ＵＨ与通入的电流Ｉｃ和磁感应强度Ｂ　开关型集成霍尔传感器是将霍尔元件与稳压电　成正比。式中，Ｋｎ为霍尔元件的灵敏度，表示霍尔　源、信号放大器、施密特触发器及晶体管输出的电路　元件在单位磁感应强度和单位控制电流下得到的开　集成于一块硅芯片上。输出晶体管是集电极开路　路霍尔电压。对于某一型号的霍尔元件，Ｋｎ是常　的，施密特电路起整形作用。常用的开关型集成霍　数。在图１．１中，电流Ｉｃ和磁感应强度为输入，电　尔传感器ＵＧ．Ｎ一３０００系列的电路原理图及工作特　压ＵＨ为输出。改变Ｉｃ和Ｂ的大小和方向，也就改　性见图２。　变了ＵＨ的大小和方向。　图２开关型集成霍尔传感器ＵＣ　一３０００系列的电路原理图及工作特性　由于施密特触发器具有回环的特性，所以整个　铁，相隔５￣８ｍｍ左右。当永久磁铁通过霍尔转速　电路也具有回环的特性。如图２ｂ所示。当Ｂ＞Ｂｏｐ　传感器时，传感器输出一个电脉冲（如图３所示）。　时，Ｖｏ为低电平；若Ｂ＜ＢＲＰ，则Ｖｏ为高电平。皮带　用计数器记下脉冲数，由脉冲信号的频率便可得到　机综合保护装置中的低速保护测速机构利用的就是　转速值。其转速公式为：　这一特性。　６０Ｎ　２霍尔传感器在皮带机综合保护装置中应用　．　．．　２．１霍尔传感器测量转速原理　瓦甲：　ｒ　（ｒ／ｒａｉｎ）；．．．…．　上，霍尔转速传感器装在永久磁铁旁并对准永久磁　量　耋　　，：　，　上刚小八峨队姒’久磁铁数；　　玺錾票墨器＿在度带矶支典　图３为霍尔转速传感器工作原理　维普资讯 http://www.cqvip.com

１０　北京工业职业技术学院学报　第５卷　霍尔转速传感器对皮带机运行速度在线监控，　３皮带机综合保护装置中应用霍尔转速传感器的特点　（１）霍尔速度传感器为本质安全型，工作电压为　直流６～１５Ｖ。工作电流为６～１０ｍＡ。适应用在易　燃易爆的化工企业、矿山有瓦斯和煤尘爆炸危险的　场所；　并与综合保护设定的皮带机转速正常值进行比较，　当皮带机超载荷致使皮带速度降低到正常值的　７０％时，综合保护装置动作，使皮带机停止运行并发　出声、光报警信号，防止皮带机由于超载荷造成断　带、打滑、电机烧毁等设备事故。　２．２霍尔传感器在皮带机综合保护装置中的安装　速度传感器感应元件为磁感应式集成霍尔器　（２）霍尔速度传感器结构牢固、体积小、重量轻、　寿命长、安装方便，功耗小，频率高（可达１ＭＨｚ），耐　震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀；　件，无触点，安全可靠。测速范围为０～３０ｍ／ｓ。速　度传感器有三根连接线：棕色、兰色和黑色。棕色接　电源正极，兰色接电源负极，黑色为信号线。速度传　感器安装在皮带机机头从动轮端面相对的支架上，　永久磁铁通过固定连接片安装在从动滚筒端面的任　一根固定螺栓上。永久磁铁与传感器霍尔器件之间　的距离保持５～８ｍｍ，并保证永久磁铁和霍尔器件　对正。当皮带机运行时，永久磁铁随从动轮转动，永　久磁铁通过霍尔元件时，霍尔元件输出一个电脉冲。　由脉冲信号的频率便可得到转速值。　２．３霍尔转速传感器的调试　（１）磁钢应与霍尔器件的端面对齐。注意：霍　尔器件区分磁钢的极性，如果磁钢极性按反，霍尔器　件不工作，将磁钢极性反过来即可；　（２）判断霍尔器件工作是否工作的方法是接通　电源后，靠近磁钢，观察霍尔器件的指示灯，指示灯　亮表示霍尔器件正常工作，如果不亮，则表示不正常　工作；　（３）接线时，接线腔内速度传感器的“＋”、　“ＳＸ”“一、”与传感器接线腔本安端子相应对接即可。　本安腔与霍尔转速传感器的连接使用带航空插头的　专用电缆连接。　（３）霍尔速度传感器线性元件的精度高、线性度　好，霍尔开关元件无触点、无磨损、故障率低，属免维　护器件；　（４）与传统的测速机构相比，霍尔转速传感器制　造简单，经济性能好，是摩擦轮测速机构制造成本的　五分之一左右。　４结束语　在机电一体化设备中，传感器技术得到广泛应　用。特别是在煤矿综采设备中，采用传感器技术极　大提高了采掘设备的自动化程度，保障了机电设备　在煤矿特殊条件下的安全、稳定和经济运行。在高　职院校的机电类专业的教学计划中，传感器技术是　专业核心课程之一。在学生的实验和实习等实践教　学环节中，重视传感器技术的实际应用，对提升高职　学生的专业技术水平是有其实际意义。　参考文献：　［１］严钟豪，谭祖根．非电量电测技术［Ｍ］．北京：机械工业出　版社，２００５　【２］陈瑞阳，毛智勇．机械工程检测技术［Ｍ］．北京：高等教育　出版社，２０００　［３］刘传玺，冯文旭．自动检测技术［Ｍ］．北京：中国矿业大学　出版社，２００１　（责任编辑：牛小铁）