《傳感器與檢測技術》胡向東ch07-1

同學們好！1第七章磁敏式傳感器磁敏傳感器磁場電能測量原理：半導體材料中的自由電子及空穴隨磁場改變其運動方向結構結型體型霍爾傳感器磁敏電阻——磁敏二極管磁敏三極管——2§7-1霍爾傳感器一、霍爾效應——霍爾元件靈敏度——霍爾電勢1、定義霍爾：1879年半導體32、霍爾電勢的產(chǎn)生N型半導體：洛侖茲力電場力動態(tài)平衡P型：令霍爾系數(shù)電流4或或半導體絕緣體金屬材料：鍺、硅、砷化鎵、砷化銦、銻化銦靈敏度低、溫度特性及線性度好靈敏度最高、受溫度影響大輸入1輸入2輸出1輸出2磁性頂端引線襯底霍爾元件濺射工藝制作的銻化銦霍爾元件5二、霍爾元件的主要技術參數(shù)及特點（1）額定激勵電流IH——霍爾元件溫升10℃時所加的電流焦爾熱散熱——表面散熱系數(shù)（2）不平衡電勢U0不等位電勢、零位電勢——IH、B=0、空載霍爾電勢原因：兩個霍爾電極不在同一等位面上材料不均勻、工藝不良6（3）輸入電阻Ri、輸出電阻R0Ri——控制電流電極間的電阻R0——輸出霍爾電勢電極間的電阻B=0歐姆表（4）霍爾電壓VH0.10.20.30.42502001501005000.10.20.30.4250200150100500（5）霍爾電壓的溫度特性負溫度特性7霍爾元件的主要技術指標8三、霍爾元件連接方式和輸出電路1、基本測量電路特點：（1）測量磁物理量、電量及其它物理量（2）實現(xiàn)乘法運算，構成各種非線性運算部件（3）輸出信號的信噪比大（4）頻率范圍寬：直流~數(shù)百千赫茲（5）體積小、重量輕（6）穩(wěn)定性好、壽命長92、霍爾元件連接方式控制電流端并聯(lián)輸出電勢為：2倍控制電流端串聯(lián)次級繞阻疊加輸出E++++++++++----------直流供電方式：~交流供電方式：103、霍爾電勢的輸出電路四端器件輸出電勢：mV量級線性應用：比例放大器線性度好、低噪聲放大器開關應用：射極跟隨器靈敏度高：一般放大器11四、霍爾元件的測量誤差及補償方法1、零位誤差及補償半導體固有特性半導體制造工藝缺陷零位誤差溫度誤差A、B同一等位面：U0=0、電橋平衡A、B非同一等位面：U0=0、電橋不平衡電橋補償原理：在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻12（a）（b）（c）132、溫度誤差及補償電阻率、遷移率、載流子濃度：T霍爾元件內(nèi)阻、霍爾電勢：T五、霍爾開關集成傳感器霍爾效應集成電路技術開關信號磁敏傳感器141、結構及工作原理穩(wěn)壓材料：硅工藝：硅平面工藝提高靈敏度N型硅外延層很薄集成工藝工作原理：有磁場：VH，放大，整形：>開啟閾值，高電平VT導通，具有吸收電流的負載能力磁場減弱：VH減小，放大，整形：<關閉閾值，翻轉(zhuǎn)，低電平，VT截止開狀態(tài)關狀態(tài)152、工作特性121086420——工作點“開”——釋放點“關”——磁滯高低，開狀態(tài)低高，關狀態(tài)3、接口電路3020T外形應用電路16KK174、磁場施加方式2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（1）磁鐵軸心接近式兩軸心方向重合2.557.51012.51517.5200.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010（2）磁鐵側向滑近式兩平面距離不變，磁鐵軸線與傳感器平面垂直18（3）采用磁力集中器增加傳感器的磁感應強度02.557.5100.100.080.060.040.02

19六、霍爾線性集成傳感器1、結構及工作原理輸出電壓與外加磁場強度呈線性比例關系構成：霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓、電流放大輸出級、失調(diào)調(diào)整、線性度調(diào)整穩(wěn)壓單端輸出：SL3501T雙端輸出：SL3501M穩(wěn)壓202、主要技術特性-0.3-0.2–0.100.10.20.35.64.63.62.61.6

SL3501T輸出特性曲線0.040.080.120.160.200.240.280.322.52.01.51.00.50SL3501M輸出特性曲線霍爾線性集成傳感器的技術參數(shù)21七、霍爾傳感器的應用1、霍爾位移傳感器磁場梯度越大，靈敏度越高磁場梯度越均勻，輸出線性越好測量范圍：1~2mm222、磁感應強度測量儀ASL3501M：霍爾線性集成傳感器RP1：調(diào)整表頭量程RP2：調(diào)零C1：低通濾波測量上限：0.3T3、直流功率測量儀V234、轉(zhuǎn)速測量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側245、測量電流測量大直流電流（10kA）：電阻器分流霍爾元件測量電流：檢測通電導線周圍的磁場（1）導線旁測法（2）導線貫穿磁芯法簡單、測量精度差、受外界干擾大環(huán)形鐵芯集中磁力線，提高電流測量精度256、測量表面覆蓋層厚度鐵磁性物質(zhì)非磁性涂層0