新品霍爾傳感器的原理以及霍爾效應(yīng)

　　霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的種磁場(chǎng)傳感器?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的種，這現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall，1855-1938)于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于業(yè)自動(dòng)化術(shù)、檢測(cè)術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

　　對(duì)于個(gè)給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流 I 固定時(shí)，UH將取決于被測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B。

　　原理

　　由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢(shì)的大小取決于:Rh為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān);I為霍爾元件的偏置電流;B為磁場(chǎng)強(qiáng)度;d為半導(dǎo)體材料的厚度。

　　對(duì)于個(gè)給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流 I 固定時(shí)，UH將取決于被測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B。

　　霍爾效應(yīng)

　　個(gè)霍爾元件般有四個(gè)引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流 I 的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路，就會(huì)產(chǎn)生霍爾電流。般地說，偏置電流的設(shè)定通常由外的基準(zhǔn)電壓源給出;若度要求，則基準(zhǔn)電壓源均用恒流源取代。為了達(dá)到的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有導(dǎo)磁系數(shù)的鍍膜合金;這類傳感器的霍爾電勢(shì)較大，但在0.05T左右出現(xiàn)飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。

　　在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓。

　　作原理

　　磁場(chǎng)中有個(gè)霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時(shí)向側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。

　　霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越，磁場(chǎng)越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個(gè)毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。下圖所示的方法是用個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場(chǎng)偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某位置，利用這作原理，可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器?；魻栃?yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能作，這點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

　　分類

　　霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。

　　()開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密觸發(fā)器和輸出組成，它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器還有種殊的形式，稱為鎖鍵型霍爾傳感器。

　　(二)線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射跟隨器組成，它輸出模擬量。

　　線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測(cè)量。.

　　開關(guān)型

　　其中Bnp為作點(diǎn)"開"的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)"關(guān)"的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度過動(dòng)作點(diǎn)Bnp時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bnp以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)殡娖?。Bnp與BRP之間的滯后使開關(guān)動(dòng)作更為可靠。

　　鎖鍵型

　　當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度過動(dòng)作點(diǎn)Bnp時(shí)，傳感器輸出由電平躍變?yōu)榈碗娖?，而在外磁?chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變(即鎖存狀態(tài))，須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化

　　閉環(huán)式電流傳感器

　　磁平衡式電流傳感器也叫霍爾閉環(huán)電流傳感器，也稱補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測(cè)電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過個(gè)次線圈，電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)行補(bǔ)償， 從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的作狀態(tài)。

　　磁平衡式電流傳感器的具體作過程為:當(dāng)主回路有電流通過時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上， 所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的率管并使其導(dǎo)通，從而獲得個(gè)補(bǔ)償電流Is。 這電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng) ，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場(chǎng)， 使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘 所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起示零磁通的作用 ，此時(shí)可以通過Is來平衡。被測(cè)電流的何變化都會(huì)破壞這平衡。 旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。

　　用途

　　霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，耗小，頻率(可達(dá)1MHZ)，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

　　霍爾線性器件的度、線性度好;霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)度(可達(dá)μm)。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的作溫度范圍寬，可達(dá)-55℃~150℃。

　　按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來作被檢測(cè)的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來行檢測(cè)和控制。

　　應(yīng)用

　　霍爾傳感器術(shù)應(yīng)用于汽車業(yè)

　　霍爾傳感器術(shù)在汽車業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，包括動(dòng)力、車身控制、牽引力控制以及防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。為了滿足不同系統(tǒng)的需要，霍爾傳感器有開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式傳感器三種形式。

　　霍爾傳感器可以采用金屬和半導(dǎo)體等制成，效應(yīng)質(zhì)量的改變?nèi)Q于導(dǎo)體的材料，材料會(huì)直接影響流過傳感器的正離子和電子。制霍爾元件時(shí)，汽車業(yè)通常使用三種半導(dǎo)體材料，即砷化鎵、銻化銦以及砷化銦。常用的半導(dǎo)體材料當(dāng)屬砷化銦。

　　霍爾傳感器的形式?jīng)Q定了放大電路的不同，其輸出要適應(yīng)所控制的裝置。這個(gè)輸出可能是模擬式，如加速位置傳感器或節(jié)氣門位置傳感器，也可能是數(shù)字式。如曲軸或凸輪軸位置傳感器。

　　當(dāng)霍爾元件用于模擬式傳感器時(shí)，這個(gè)傳感器可以用于空調(diào)系統(tǒng)中的溫度表或動(dòng)力控制系統(tǒng)中的節(jié)氣門位置傳感器。霍爾元件與微分放大器連接，放大器與NPN晶體管連接。磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)軸上，軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件上的磁場(chǎng)加強(qiáng)。其產(chǎn)生的霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例。

　　當(dāng)霍爾元件用于數(shù)字信號(hào)時(shí)，例如曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器或車速傳感器，須改變電路?；魻栐c微分放大器連接，微分放大器與施密觸發(fā)器連接。在這種配置中。傳感器輸出個(gè)開或關(guān)的信號(hào)。在多數(shù)汽車電路中，霍爾傳感器是電流吸收器或者使信號(hào)電路接地。要成這項(xiàng)作，需要個(gè)NPN晶體管與施密觸發(fā)器的輸出連接。磁場(chǎng)穿過霍爾元件，個(gè)觸發(fā)器輪上的葉片在磁場(chǎng)和霍爾元件之間通過。

　　霍爾傳感器應(yīng)用于出租車計(jì)價(jià)器

　　霍爾傳感器在出租車計(jì)價(jià)器上的應(yīng)用:通過安裝在車輪上的霍爾傳感器A44E檢測(cè)到的信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng)處理計(jì)算，送給顯示單元，這樣便成了里程計(jì)算。檢測(cè)原理，P3.2口作為信號(hào)的輸入端，內(nèi)采用外中斷0，車輪每轉(zhuǎn)圈(設(shè)車輪的周長(zhǎng)是1 m)，霍爾開關(guān)就檢測(cè)并輸出信號(hào)，引起單片機(jī)的中斷，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1 000次時(shí)，也就是1 km，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)增加。

　　每當(dāng)霍爾傳感器輸出個(gè)低電平信號(hào)就使單片機(jī)中斷次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖計(jì)滿1 000次時(shí)，就有程序?qū)?dāng)前總額累加，使微機(jī)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中，需要成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。

　　霍爾電流傳感器在變頻器中的應(yīng)用

　　在有電流流過的導(dǎo)線周圍會(huì)感生出磁場(chǎng)，再用霍爾器件檢測(cè)由電流感生的磁場(chǎng),即可測(cè)出產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的電流的量值。由此就可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。因?yàn)榛魻柶骷妮敵鲭妷号c加在它上面的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及流過其中的作電流的乘積成比例，是個(gè)具有乘法器能的器件，并且可與各種邏輯電路直接接口，還可以直接驅(qū)動(dòng)各種性質(zhì)的負(fù)載。因?yàn)榛魻柶骷膽?yīng)用原理簡(jiǎn)單，信號(hào)處理方便，器件本身又具有系列的優(yōu)點(diǎn)，所以在變頻器中也發(fā)揮了非常重要的作用。

　　在變頻器中，霍爾電流傳感器的主要作用是保護(hù)昂貴的大率晶體管。由于霍爾電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間短于1μs，因此，出現(xiàn)過載短路時(shí)，在晶體管未達(dá)到限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護(hù)。

　　霍爾電流傳感器按其作模式可分為直接測(cè)量式和零磁通式，在變頻器中由于需要準(zhǔn)的控制及計(jì)算，因此選用了零磁通方式。將霍爾器件的輸出電壓行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個(gè)電流通過補(bǔ)償線圈，并令補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，若滿足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為0，這時(shí)下式成立:

　　Io=Is(N2/N1)

　　式中，Io為被測(cè)電流，即磁芯中初繞組中的電流，N1為初繞組的匝數(shù)，Is為補(bǔ)償繞組中的電流，N2為補(bǔ)償繞組的匝數(shù)。由上式可知，達(dá)到磁平衡時(shí)，即可由Is及匝數(shù)比N2/N1得到Io。

　　霍爾電流傳感器的點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電流的"無電位"檢測(cè)。即測(cè)量電路不接入被測(cè)電路即可實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，它們靠磁場(chǎng)行耦合。因此，檢測(cè)電路的輸入、輸出電路是電隔離的。檢測(cè)過程中，檢測(cè)電路與被檢電路互不影響。

　　本公司主營(yíng) 不銹鋼采水器，罐底焊縫真空檢測(cè)盒，讀數(shù)儀，八空氣微生物采樣器，繼電器綜合測(cè)試儀，雙波長(zhǎng)掃描儀，涂層測(cè)厚儀，土壤粉碎機(jī)，鋼化玻璃表面平整度測(cè)試儀，聲音傳感器，便攜式電測(cè)水位計(jì)，網(wǎng)口流量計(jì)，腐蝕率儀，便攜式劃痕儀，凝固點(diǎn)測(cè)試儀，水質(zhì)檢測(cè)儀，在線氨氣測(cè)試儀，涂層測(cè)厚儀，涂層測(cè)厚儀，土壤粉碎機(jī)，數(shù)顯式溫度計(jì)，氣體采樣泵，陶瓷抗沖擊試驗(yàn)機(jī)，自動(dòng)結(jié)晶點(diǎn)測(cè)試儀，藥物凝固點(diǎn)測(cè)試儀，干簧管測(cè)試儀，恒溫水浴箱，汽油根轉(zhuǎn)，氣體采樣泵，鋼化玻璃測(cè)試儀，水質(zhì)檢測(cè)儀，PM2.5測(cè)試儀，可吸入顆粒物檢測(cè)儀，頻熱合機(jī)，應(yīng)變控制三軸儀，牛奶體細(xì)胞檢測(cè)儀，氦氣濃度檢測(cè)儀，土壤水分電導(dǎo)率測(cè)試儀，場(chǎng)強(qiáng)儀，采集箱，透色比測(cè)定儀，毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)定儀，氧化還原電位計(jì) 測(cè)振儀，氧化碳二氧化碳檢測(cè)儀，CO2分析儀，示波譜儀，黏泥含量測(cè)試儀，汽車啟動(dòng)電源，自動(dòng)電位滴定儀，便攜式測(cè)溫儀，氧化鋯分析儀，干簧管測(cè)試儀，密電導(dǎo)率儀，TOC水質(zhì)分析儀，微電腦可塑性測(cè)定儀，風(fēng)向站，自動(dòng)點(diǎn)樣儀，土壤氧化還原電位計(jì)，數(shù)字測(cè)溫儀，便攜式總磷測(cè)試儀，腐蝕率儀，恒溫水浴箱，余氯檢測(cè)儀，自由膨脹率儀，離心杯，混凝土飽和蒸汽壓裝置，顆粒強(qiáng)度測(cè)試儀，斯計(jì)，自動(dòng)涂膜機(jī)，安閥研磨具，氣象站，動(dòng)覺方位儀，暗適應(yīng)儀，氣味采集器，雨量計(jì)，四合氣體分析儀，乳化液濃度計(jì)，溶解氧儀，溫度測(cè)量?jī)x，薄層鋪板器，溫度記錄儀，老化儀，噪音檢測(cè)儀，恒溫恒濕箱，分體電阻率測(cè)試儀，初粘性和持粘性測(cè)試儀，紅外二氧化碳分析儀，氫燈，動(dòng)覺方位儀，恒溫動(dòng)物手術(shù)臺(tái)，冷卻風(fēng)機(jī)，油脂酸價(jià)檢測(cè)儀，粘數(shù)測(cè)定儀，菌落計(jì)數(shù)器，氣象站，雨量計(jì)，凱氏定氮儀，熒光增白劑，平磨儀，燃料電池性綜合試驗(yàn)儀，溶解儀，在線PH計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀，真空閥門，聲波液位變送器，阿貝折射儀，水質(zhì)快速檢測(cè)器，污泥比組測(cè)定裝置，掃描儀，氮吹儀，個(gè)人劑量報(bào)警儀，公司秉承“顧客至上，銳意取”的經(jīng)營(yíng)理念，堅(jiān)持“客戶”的原則為廣大客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。歡迎惠顧!