第七章磁電式傳感器

傳感器原理及工程應用

第7章磁電式傳感器

霍爾式傳感器概述傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器

利用霍爾效應制成的傳感器稱霍爾式傳感器，是基于磁電轉換原理，把磁學物理量轉換成電信號。隨著半導體技術的發(fā)展，磁敏元件得到應用和發(fā)展，廣泛用于自動控制、信息傳遞、電磁場、生物醫(yī)學等方面的電磁、壓力、加速度、振動測量。特點：結構簡單、體積小、動態(tài)特性好、壽命長。霍爾元件磁電量電信號霍爾式傳感器傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器霍爾傳感器測轉速概述霍爾式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器1.霍爾效應

金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。工作原理：假設在N型半導體薄片上通以電流I，則半導體中的自由電荷沿著和電流相反的方向運動，由于在垂直于半導體薄片平面的方向施加磁場B，所以電子受到洛侖茲力FL的作用向一邊偏轉，并使該邊形成電子積累，而另一邊則為正電荷的積累,于是形成電場，該電場阻止運動電子的繼續(xù)偏轉。傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件1.霍爾效應霍爾電勢UH的大?。菏街校篟H—霍爾系數(shù)（m3/C）I—控制電流（I）B—磁感應強度（T）d—霍爾元件厚度（m）霍爾系數(shù)RH=ρμ，ρ為載流子的電阻率，μ為載流子的遷移率。令：KH=RH/d稱霍爾元件的靈敏度則：UH=KHIB7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器1.霍爾效應

UH=KHIB

霍爾元件的靈敏度KH—就是指單位磁感應強度和單位控制電流作用時，所能輸出的霍爾電勢的大小當控制電流的方向或磁場的方向改變時，輸出電動勢的方向也將改變。但當磁場與電流同時改變方向時，霍爾電動勢極性不變。如果磁感應強度B和元件平面法線成一角度θ時則作用在元件上的有效磁場是其法線方向的分量：

UH=KHIBcosθ傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元1.霍爾效應1)霍爾電壓UH與材料的性質有關。根據公式，材料的ρ、μ大，RH就大。金屬的μ雖然很大，但ρ很小，故不宜做成霍爾元件。在半導體材料中，由于電子的遷移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍爾元件一般采用N型半導體材料。

2)霍爾電壓UH與元件的尺寸有關。根據公式d愈小，霍爾靈敏度愈高，所以霍爾元件的厚度都比較薄。

3）霍爾電壓UH與控制電流及磁場強度有關。根據公式UH正比于I及B。當控制電流I恒定時B愈大UH愈大。當磁場改變方向時，UH也改變方向。同樣，當霍爾靈敏度及磁感應強度B恒定時，增加控制電流I，也可以提高霍爾電壓UH的輸出。RH=ρμ討論：7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾傳感器基本電路傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器

霍爾晶體外形矩形薄片有四根引線，兩端加激勵兩端為輸出；電源E產生控制電流I；負載RL，R可調,調節(jié)控制電流，B磁場與元件面垂直。實測中可把I*B作輸入，也可把I或B單獨做輸入。而霍爾電勢輸出測量信號U0

與I或B成正比關系。2.霍爾元件基本結構7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾傳感器基本電路2.霍爾元件基本結構傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.3霍爾傳感器的誤差及補償

3.不等位電勢補償

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磁電式傳感器

當霍爾元件通以激勵電流I時，若磁場B=0，理論上霍爾電勢UH=0,但實際UH不等于0，這時測得的空載電勢稱不等位電勢U0。產生的原因：霍爾引出電極安裝不對稱半導體材料不均勻如圖所示，電橋臂的四個電阻分別是r1、r2、r3、r4，當兩個霍爾電極c、d處在同一等位面上時，r1=r2=r3=r4這時電橋平衡，不等位電勢U0=0，當兩個霍爾電極不在同一等位面上時，電橋不平衡，不等位電勢不等于零，此時可根據c、d兩點電位的高低，判斷應在某一橋臂上并聯(lián)一定電阻，使電橋達到平衡，從而使不等位電勢為零。傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件3.不等位電勢補償

傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件3.不等位電勢補償

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磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件4.霍爾元件溫度補償

溫度誤差產生原因：

霍爾元件的基片是半導體材料，因而對溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。 當溫度變化時，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾電勢、輸入電阻和輸出電阻等都要發(fā)生變化，從而使霍爾式傳感器產生溫度誤差。

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磁電式傳感器

選用溫度系數(shù)小的元件采用恒溫措施采用恒流源供電恒流源補償：霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關系:

7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件4.霍爾元件溫度補償

KH0為溫度T0時的KH值；ΔT溫度變化量；α霍爾元件的溫度系數(shù)。傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器具體補償方法:在霍爾元件上并聯(lián)一Rp分流，無Rp時：當T增大時—KH增大—UH

增大;(UH=KHIB)有Rp時：當T增大時—Ri增大，Ip增大—IH減小—

Rp自動加強分流.7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件4.霍爾元件溫度補償

恒流溫度補償電路大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)α是正值時，它們的霍爾電勢隨溫度的升高而增加（1+α△t）倍。如果讓控制電流I相應地減小，能保持KHI不變就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響。

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磁電式傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件4.霍爾元件的連接方式

1、連接方式為了得到較大的霍爾電動勢輸出，當元件的工作電流為直流時，可把幾個霍爾元件輸出串聯(lián)起來，但控制電流極應該并聯(lián)圖a），輸出的電動勢就等于單個元件的兩倍，不能接成如圖b）的形式。如圖為交流供電情況?？刂齐娏鞫舜?lián)，各元件輸出端接輸出變壓器B的初級繞組，變壓器的次級便有霍爾電勢信號疊加值輸出。7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件4.霍爾元件的連接方式

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磁電式傳感器霍爾電勢一般為毫伏級輸出，所以實際使用時都采用運算放大器將信號進行放大?；魻栐捏w積一般較小?？梢耘c放大電路一起集成在一塊很小的晶片上，便于微型化?；魻栐篌w分為線性測量和開關狀態(tài)兩種使用方式。7.2霍爾式傳感器7.2.1霍爾效應及霍爾元件4.霍爾元件輸出電路傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器1.微位移和壓力的測量7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾傳感器的應用.傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器測量原理： 霍爾電勢與磁感應強度成正比，若磁感應強度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。應用：

位移測量、力、壓力、應變、機械振動、加速度、測轉速

檢缺口檢齒7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾傳感器的應用傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器霍爾傳感器位移測量原理在兩個極性相反，磁感應強度相同的磁鋼的氣隙中，放置一個霍爾元件。這種傳感器靈敏度很高，位移量較小，適于測量微位移和機械振動磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線型度越好。7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾傳感器的應用傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器霍爾壓力傳感器結構原理b螺旋型波登管c扭轉型波登管aC型波登管7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾傳感器的應用傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器霍爾壓力傳感器結構原理7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾集成傳感器傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器霍爾開關集成傳感器7.2霍爾式傳感器7.2.2霍爾集成傳感器傳感器原理及工程應用第7章

磁電式傳感器自動供水裝置霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生危險。用霍爾轉速傳感器來檢測車輪的轉動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感