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有关霍尔传感器的知识



 

赛尔传感器 是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。

  一、霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器

  (一)霍尔效应

  如图1所示,在半导体薄片两端通以控制电流I,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上,将产生电势差为UH的霍尔电压,它们之间的关系为

 

式中d 为薄片的厚度,k称为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关。

  上述效应称为霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。

(二)霍尔元件

  根据霍尔效应,人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

(三)霍尔传感器

由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。




霍尔传感器也称为霍尔集成电路,其外形较小,如图2所示,是其中一种型号的外形图。

  二、霍尔传感器的分类

  霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

(一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。

(二)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。

  三、霍尔传感器的特性

  (一)线性型霍尔传感器的特性


  输出电压与外加磁场强度呈线性关系,如图3所示,可见,在B1B2磁感应强度范围内有较好的线性度,磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。

(二)开关型霍尔传感器的特性

  如图4所示,其中BOP为工作点“开”的磁感应强度,BRP为释放点“关”的磁感应强度。


当外加的磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出低电平,当磁感应强度降到动作点Bop以下时,传感器输出电平不变,一直要降到释放点BRP时,传感器才由低电平跃变为高电平。BopBRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

  另外还有一种“锁键型”(或称“锁存型”)开关型霍尔传感器,其特性如图5所示


 磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出由高电平跃变为低电平,而在外磁场撤消后,其输出状态保持不变(即锁存状态),必须施加反向磁感应强度达到BRP时,才能使电平产生变化。

四、霍尔传感器的应用

按被检测对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,这个磁场是被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量,例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电学量来进行检测和控制。

(一)线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如:

1.电流传感器

由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感。



霍尔电流传感器工作原理如图6所示,标准圆环铁芯有一个缺口,将霍尔传感器插入缺口中,圆环上绕有线圈,当电流通过线圈时产生磁场,则霍尔传感器有信号输出。

2.位移测量

如图7所示,两块永久磁铁同极性相对放置,将线性型霍尔传感器置于中间,其磁感应强度为零,这个点可作为位移的零点,当霍尔传感器在Z轴上作Z位移时,传感器有一个电压输出,电压大小与位移大小成正比。


 

 
   
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