機(jī)械工程測試技術(shù)（第3版）課件：霍爾傳感器

霍爾

(Hall)

傳感器

一、霍爾效應(yīng)半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)在板的長度方向通以電流I

時(shí)，在板的寬度b方向產(chǎn)生電動(dòng)勢UH

(稱為霍爾電勢)，

這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。1bc是由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場中洛侖茲力霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生，作用的結(jié)果。da1.在磁場中通以電流I時(shí)，半導(dǎo)體材料中的電子將沿I的反方向運(yùn)動(dòng)。2.電子在磁場中受洛倫茲力FL

的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使板的一側(cè)積聚大量電子，板的另一側(cè)因缺少電子而積累正電荷，從而在兩側(cè)面間形成一個(gè)電場E。3.電場E產(chǎn)生阻止電子偏轉(zhuǎn)的電場力FE

，隨著電荷積累的增加，F(xiàn)E也增大。4.當(dāng)電場力FE

＝FL

時(shí)，電子的積累達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，輸出霍爾電勢UH二、霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理三、霍爾元件

?霍爾元件(霍爾傳感器)：板厚d遠(yuǎn)小于板寬b和板長，屬半導(dǎo)體磁敏傳感器。?一般用砷化銦(InAs)、銻化銦(InSb)、鍺(Ge)

等高電阻率半導(dǎo)體材料制作霍爾元件?；魻栐盎魻栃?yīng)(a

)霍爾元件構(gòu)造(b)霍爾元件特性曲線四、霍爾電勢UH＝BIRH/d=KHBI其中RH=1/(ne)，KH=RH/dn---單位體積電子的數(shù)目，e---電子的電荷量，RH—霍爾常數(shù)，反映霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。KH

---霍爾元件的靈敏度，表示霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度B和單位控制電流I時(shí)，霍爾電勢的大小。KH越大越好。?電子濃度n越高，RH越小，使UH

，∴金屬導(dǎo)體

(電子濃度高)

不適于制作霍爾元件。?∵UH

1/d

，∴霍爾元件大都做成薄片(板厚較薄)?磁感應(yīng)強(qiáng)度B與霍爾板平面的法線呈θ角時(shí)，霍爾電勢

UH＝BIKHcosθ霍爾電勢是關(guān)于I

、B

、9三個(gè)變量的函數(shù)，即EH=KHIBcos9使其中2個(gè)量不變，將第三個(gè)量作為變量，或者固定

其中1個(gè)量，其余2個(gè)量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。五、霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器主要用于測量能夠轉(zhuǎn)換為磁場變化的物理量。?位置測量用作終端位置開關(guān)，用于無接觸地監(jiān)測機(jī)器部件的位置。霍爾元件的應(yīng)用領(lǐng)域測量磁場，檢測電流，測量微小位移、壓力、機(jī)械振動(dòng)霍爾傳感器測量物體位置從a端通入電流I

，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢VH1

，右半部產(chǎn)生霍爾電勢VH2

，其方向相反。因此，c

、d兩端電勢為VH1—VH2

。如果霍爾元件在初始位置時(shí)VH1=VH2

，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。微位移測量UH

=f(x)(c)靈敏度高測量微位移及振動(dòng)(a)動(dòng)態(tài)范圍達(dá)5mm分辨率0.001mm轉(zhuǎn)速測量零件計(jì)數(shù)?鐵磁物質(zhì)通過霍爾元件上方時(shí)，會(huì)導(dǎo)致磁場變化，從而使霍爾電勢發(fā)生變化，記錄電勢的變化可對通過的零件進(jìn)行計(jì)數(shù)。電流計(jì)

當(dāng)電流I流過導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場B，B與I成正比，該磁場可通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾元件進(jìn)行檢測。鋼絲繩斷絲檢測他把機(jī)械工程同控制論、信息論、系統(tǒng)論緊密結(jié)合，致力于同微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等新興技術(shù)領(lǐng)域的交叉研究，特別是在先進(jìn)制造技術(shù)、設(shè)備診斷、信號(hào)處理、無損檢測新技術(shù)、人工智能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方面取得一系列成果。獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)、國家發(fā)明獎(jiǎng)、省部