第6章磁电式传感器机工社张玉莲版PPT课件
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工学磁电磁敏式传感器PPT课件
这一数值是很可观的，需要进行温度补 偿。
热磁分流器补偿：
热磁分流器由具有很大负温度系数的 特殊磁性材料做成。
在正常工作温度下已将空气隙磁通分 掉一小部分。当温度升高时，热磁分流器 的磁导率显著下降，经分流掉的磁通占总 磁通的比例较正常工作温度下显著降低， 从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化， 维持传感器灵敏度为常数。
件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍尔
电势为
UH =KHIBcos
2. 工作原理
霍尔效应是物质中的运动电荷受磁场中洛仑兹（Lorentz)力作用而产生的一种特性。
霍尔元件(设为N 型半导体)置于磁场B中，当通以电流I 时，运动电荷（载流子电子）受磁场中洛仑 兹力fL 的作用，向垂直于B 和电流I的方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即运动电荷（电子）有向 某一端积聚的现象，使霍尔元件一端面产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积聚。由于电荷聚积， 产生静电场，该静电场对运动电荷（电子）的作用力fE 与洛仑兹力fL方向相反，阻止其偏转，当二力 相等时，电荷积累达到动态平衡，此时的静电场即为霍尔电场，在电荷积聚的两面上产生的电势称为 霍尔电势。
种传感器。
4、磁电式传感器只用于测量
，可以直接测量振动物体的线
速度或旋转体的角速度，加入积分或者微分电路后，可以测量位移和
加速度。
§6.2 霍尔式传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔（E.H.Hall）首先在金属材料中发现了霍尔效应, 但由于 金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展, 开始用半导体材料 制成霍尔元件, 由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。 优点：灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功 耗小、频率高（可达1MHz）、耐高温、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污 染或腐蚀。 已广泛应用于非电量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。
第6章磁电式传感器-课件
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
➢ 测磁的方法：
①利用电磁感应作用的传感器（强磁场） 如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器； ②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场； ③利用超导效应传感器，SQVID 约瑟夫元件； ④利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。 ⑤利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；
此处加标题
第6章磁电式传感器
眼镜小生制作
第6章 磁电式传感器
主要内容：
传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍尔式传感器
第6章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
➢磁电式传感器是利用电磁感应原理，通过检测磁场的变化 将运动的速度、位移、振动等物理量转换成线圈中的感应电 动势输出。
➢导体和磁场发生相对运动时，在导体两端有感应电动势输 出，磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被 测物体的机械能转换为电量输出。是典型的有源传感器。
•
接入微分电路可测量加速度信号。
esv x vt
a
dv dt
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.3 测量电路
If C
❖ 速度经积分电路 可测量位移
Ii
根据 esv x vt
-
ui R
+
u0
理想运放 U U 0 Ii If ui /R
设电容上初始电压为零，输出电压是输入电压对时间积分
②动钢型
线圈与壳体固定
动圈型
传感器原理及应用
动钢型
恒磁通式测振动
第6章 磁电式传感器
6.1 磁电感应式传感器（电动式） 6.1.1 工作原理
第六章磁电式传感器PPT课件
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6.1 磁电感应式传感器
3. 磁栅式传感器 磁栅式传感器是利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传
感器。它是一种新型的数字式传感器，成本较低且便于安装 和使用。当需要时，可将原来的磁信号(磁栅)抹去，重新录制。 还可以安装在机床上后再录制磁信号，这对于消除安装误差 和机床本身的几何误差，以及提高测量精度都是十分有利的。 并且可以采用激光定位录磁，而不需要采用感光、腐蚀等工 艺,因而精度较高,可达±0.01mm/m，分辨率为1～5µm。 磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。如图6-7所示， 磁栅是在不导磁材料制成的栅基上镀一层均匀的磁膜，并录 上间距相等、极性正负交错的磁信号栅条制成的。目前磁栅 的栅条数一般在100～30 000之间，栅距应大于0.04mm，否则 磁头拾取信号的幅值将十分微弱。
1) 在一定的工作电流IC下，霍尔电压UH与外磁场磁感应强度 B成正比。这就是霍尔效应检测磁场的原理。
因此
1/ Pq
RH1/Pq
(6-9) (6-10)
可迁见移，率要也大想。霍一尔般效金应属强的，R H大就，要但大， 小也，即而材绝料缘的体电大阻率 而高 而小。
只有半导体才是二者兼优的制造霍尔元件的理想材料。
霍尔电压的产生可以用洛伦兹力来解释。
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6.2 霍 尔 元 件
6.1.2 磁电式传感器的应用
磁电式传感器直接输出感应电势，且传感器通常有较高的灵 敏度，所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速 度传感器，若要获取被测位移或角速度，则要配用积分或微 分电路。如图6-4所示为一般测量电路方框图。其中虚线框内 整形及微分部分电路仅用于以频率作为输出时。
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6.1 磁电感应式传感器
3. 磁栅式传感器 磁栅式传感器是利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传
感器。它是一种新型的数字式传感器，成本较低且便于安装 和使用。当需要时，可将原来的磁信号(磁栅)抹去，重新录制。 还可以安装在机床上后再录制磁信号，这对于消除安装误差 和机床本身的几何误差，以及提高测量精度都是十分有利的。 并且可以采用激光定位录磁，而不需要采用感光、腐蚀等工 艺,因而精度较高,可达±0.01mm/m，分辨率为1～5µm。 磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。如图6-7所示， 磁栅是在不导磁材料制成的栅基上镀一层均匀的磁膜，并录 上间距相等、极性正负交错的磁信号栅条制成的。目前磁栅 的栅条数一般在100～30 000之间，栅距应大于0.04mm，否则 磁头拾取信号的幅值将十分微弱。
1) 在一定的工作电流IC下，霍尔电压UH与外磁场磁感应强度 B成正比。这就是霍尔效应检测磁场的原理。
因此
1/ Pq
RH1/Pq
(6-9) (6-10)
可迁见移，率要也大想。霍一尔般效金应属强的，R H大就，要但大， 小也，即而材绝料缘的体电大阻率 而高 而小。
只有半导体才是二者兼优的制造霍尔元件的理想材料。
霍尔电压的产生可以用洛伦兹力来解释。
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6.2 霍 尔 元 件
6.1.2 磁电式传感器的应用
磁电式传感器直接输出感应电势，且传感器通常有较高的灵 敏度，所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速 度传感器，若要获取被测位移或角速度，则要配用积分或微 分电路。如图6-4所示为一般测量电路方框图。其中虚线框内 整形及微分部分电路仅用于以频率作为输出时。
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磁敏传感器PPT课件
RH
1 ne
霍尔系数，材料确定后为常数
kH
RH d
灵敏度系数
对于导体，霍尔系数一般较小，故霍耳元件一般用半导体制作，
且愈小（薄），灵敏度愈高
物理现象观察
霍尔效应
霍尔式传感器的特点
转换率低 受温度影响比较大 结构简单，体积小，坚固 频响范围宽 易微型化和集成化
霍尔元件的构造及测量电路
红色引线：电流端引线 绿色引线：霍尔输出端引线
普通直流电动机使 用的电刷和换向器
无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
无刷电动机
可充电电池组
无刷直流电动机的外转子采用高性能钕铁硼稀土永磁材 料；三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信号，控制逆 变桥各功率管通断，使三相内定子线圈与外转子之间产生 连续转矩，具有效率高、无火花、可靠性强等特点。
光驱用的无刷电动机内部结构
它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量 转换成易于测量的电信号, 是有源传感器。由 于它输出功率大且性能稳定, 具有一定的工作 带宽（10～1000 Hz）, 所以得到普遍应用。
工作原理和结构类型
根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势
ed Wd
dtΒιβλιοθήκη dtW——线圈匝数；
——线圈包含的磁通量
若线圈相对磁场运动为速度v或者角速度w时，e=-WBlv或者e=-WBSw， 式中
第六章 磁电式传感器
通过磁电作用将被测量（振动、位移、转速 等）转换成电信号的一种传感器。
磁电感应式传感器：导体和磁场间相
分 对运动
类
霍尔式传感器：半导体在磁场中的电磁
效应（霍尔效应）而输出电动势
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用 电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转 速等）转换成电信号的一种传感器。
第 磁电式传感器PPT教案
1应用范围与特点四应用四应用霍尔式传感器第28页共48页c旋转d遮断2应用实例位移速度四应用四应用霍尔式传感器第29页共48页检测齿轮的速度齿形齿数2应用实例齿轮检测四应用四应用霍尔式传感器第30页共48页2应用实例齿轮检测四应用四应用霍尔式传感器第31页共48页汽车防抱死abs系统霍尔传感器2应用实例abs四应用四应用霍尔式传感器第32页共48页2应用实例abs四应用四应用霍尔式传感器第33页共48页霍尔式轮速传感器当齿轮位于图中霍尔式轮速传感器当齿轮位于图中aa所示位置时穿过霍尔元件所示位置时穿过霍尔元件的磁力线分散磁场相对较弱
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿 ❖ 温度误差
选择温度系数小的材料
措施
电路补偿
第17页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿
I Rp
A、恒流源供电
第18页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿
B、选择合适的串、并、负载电阻 C、采用温度补偿元件（如热敏电阻） D、桥路补偿
第12页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿
措施：加调节电阻
X
第13页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件
▪ 误差及其补偿
当通以交流控制电流而不加外磁场时 ，霍尔输出除存在交流不等位电动势外 ，还有直流分量，称为
寄生直流电动 势
第14页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件
▪ 误差及其补偿
第 磁电式传感器
会计学
1
第五章 磁电式传感器
▪ 电磁感应 效应
▪ 霍尔效应 ▪ 电磁转换
原理
§1 磁电感应式 §2 霍尔式 §3 磁栅式
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿 ❖ 温度误差
选择温度系数小的材料
措施
电路补偿
第17页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿
I Rp
A、恒流源供电
第18页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿
B、选择合适的串、并、负载电阻 C、采用温度补偿元件（如热敏电阻） D、桥路补偿
第12页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件 ▪ 误差及其补偿
措施：加调节电阻
X
第13页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件
▪ 误差及其补偿
当通以交流控制电流而不加外磁场时 ，霍尔输出除存在交流不等位电动势外 ，还有直流分量，称为
寄生直流电动 势
第14页/共48页
霍尔式传感器
二、霍尔器件
▪ 误差及其补偿
第 磁电式传感器
会计学
1
第五章 磁电式传感器
▪ 电磁感应 效应
▪ 霍尔效应 ▪ 电磁转换
原理
§1 磁电感应式 §2 霍尔式 §3 磁栅式
传感器原理7磁电式传感器课件
。
02
磁电式传感器基础知识
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是通过磁场感应原理来检测物理量的传感器。 当被测物体（如金属）接近传感器时，会在传感器线圈中产 生感应电动势，从而实现对被测物体的检测。
磁电式传感器通常由线圈和磁铁组成，当被测物体接近线圈 时，会引起线圈中磁通量的变化，进而产生感应电动势。
07
案例分析：某型号磁电式 传感器的应用与性能分析
应用场景介绍
工业自动化生产线
用于检测生产线上的物体运动速度和位置，实现自动化控制。
汽车安全系统
用于检测汽车发动机和传动系统的工作状态，保障行车安全。
物流分拣系统
用于识别包裹上的条形码和地址信息，实现快速分拣和配送。
传感器性能测试与分析
灵敏度测试
测量误差大
可能是由于传感器老化、参数设置错 误或环境干扰导致，需要进行校准和 检查。
无信号输出
可能是传感器损坏或电源故障导致， 需更换传感器或检查电源。
温度漂移
由于温度变化导致传感器测量值发生 变化，需要进行温度补偿或更换更高 品质的传感器。
06
磁电式传感器的发展趋势 与展望
新材料在磁电式传感器中的应用
优化设计方法
采用有限元分析、仿真软件等工具进行优化设计，提高传感器性能 。
磁电式传感器的材料选择
材料要求
根据传感器的工作原理和 应用环境，选择具有高磁 导率、高电阻率、低损耗 等特性的材料。
常用材料
如坡莫合金、硅钢等软磁 材料，以及导电材料如铜 、铝等。
材料性能比较
对不同材料的性能进行比 较，选择最适合的材料组 合，以提高传感器性能。
误差分析
分析传感器在使用过程中出现的误差来源，提出减小误差 的方法。
02
磁电式传感器基础知识
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是通过磁场感应原理来检测物理量的传感器。 当被测物体（如金属）接近传感器时，会在传感器线圈中产 生感应电动势，从而实现对被测物体的检测。
磁电式传感器通常由线圈和磁铁组成，当被测物体接近线圈 时，会引起线圈中磁通量的变化，进而产生感应电动势。
07
案例分析：某型号磁电式 传感器的应用与性能分析
应用场景介绍
工业自动化生产线
用于检测生产线上的物体运动速度和位置，实现自动化控制。
汽车安全系统
用于检测汽车发动机和传动系统的工作状态，保障行车安全。
物流分拣系统
用于识别包裹上的条形码和地址信息，实现快速分拣和配送。
传感器性能测试与分析
灵敏度测试
测量误差大
可能是由于传感器老化、参数设置错 误或环境干扰导致，需要进行校准和 检查。
无信号输出
可能是传感器损坏或电源故障导致， 需更换传感器或检查电源。
温度漂移
由于温度变化导致传感器测量值发生 变化，需要进行温度补偿或更换更高 品质的传感器。
06
磁电式传感器的发展趋势 与展望
新材料在磁电式传感器中的应用
优化设计方法
采用有限元分析、仿真软件等工具进行优化设计，提高传感器性能 。
磁电式传感器的材料选择
材料要求
根据传感器的工作原理和 应用环境，选择具有高磁 导率、高电阻率、低损耗 等特性的材料。
常用材料
如坡莫合金、硅钢等软磁 材料，以及导电材料如铜 、铝等。
材料性能比较
对不同材料的性能进行比 较，选择最适合的材料组 合，以提高传感器性能。
误差分析
分析传感器在使用过程中出现的误差来源，提出减小误差 的方法。
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第6章 磁电式传感器
2021/3/17
1
第6章 磁电式传感器
学习目的
➢掌握霍尔传感器的工作原理与特性， 熟悉霍尔传感器件
➢了解磁敏电阻、磁敏二极管等磁敏元 件的工作原理和特性
2021/3/17
2
第6章 磁电式传感器
主要内容
6.1 概述 6.2 霍尔式传感器的工作原理与特性 6.3 磁敏传感器 6.4 磁电式传感器的应用 本章小结 复习思考题
2021/3/17
返回主目录 3
第6章 磁电式传感器
6.1 概述
➢ 磁电感应式传感器是通过磁电转换将被测非电量（如振动、位移、速度 等）转换成电信号的一种传感器。
➢ 1820年奥斯特首次通过实验发现电流的磁效应。1831年英国物理学家 法拉第发现电磁感应定律。根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里， 产生与磁通变化速率成正比的感应电动势。最简单的把磁信号转换为电 信号的磁电传感器就是线圈。随着科技发展，现代磁电传感器已向固体 化发展，它是利用磁场作用在被测物上，使物质的电性能发生变化的物 理效应制成的，从而使磁场强度转换为电信号。
电流都垂直的方向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔
v
效应制成的元件称为霍尔传感器。所产生的电动势称为霍尔电势。 ➢ 如图6-1所示，在长、宽、高分别为L 、 W 、 H的半导体薄片的相对两侧a、
b通以控制电流，在薄片垂直方向加以磁场B。设图中的材料是N型半导体，导 电的载流子是电子。在图示方向磁场的作用下，电子将受到一个由c侧指向d侧
UH
BW
I nqHW
BW
1 nqH
IB
➢设
RH
1---霍尔系数，得
nq
➢设
KH
RH H
---霍尔灵敏度，则
பைடு நூலகம்
UH
RH H
IB
（6-5）
反映材料霍尔效 应的强弱，是由 材料性质所决定
的一个常数大小
UH
RH H
IB
KH IB
（6-6）
霍尔灵敏度，它表 示霍尔元件在单位 控制电流和单位磁 感应强度时产生的
qEH qB
所以霍尔电场的强度为
EH B （6-2）
在c与d两侧面间建立的电
动势差称为霍尔电势，用表 U H
示
UH
EHW 或U H
BW
当材料中的电子浓度为n时
I /(nqHW ) （6-3）
UH
BW
I nqHW
BW
1 nqH
IB
2021/3/17
图6-1 霍尔效应与霍尔元件7
第6章 磁电式传感器
方向力的作用，这个力就是洛仑兹力。洛仑兹力用表示，大小为：
2021/3/17
图6-1
电子电荷量
FL qB
载流子的 运动速度
磁感应 强度
6
第6章 磁电式传感器
➢ 在洛仑兹力的作用下，电子向d侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，c侧则形成 正电荷的积累。这样，c、d两端面因电荷积累而建立了一个电场 EH,称为霍尔 电场。该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。 当电场力（ F）H 与 q洛EH仑兹力大小相等时，达到动态平衡。这时有
率电压变换器、移位电压变换器等电路中作控制元件，还可用于接近开
关、磁卡文字识别、磁电编码器、电动机测速等方面或制作磁敏传感器
用。 磁敏二极管和磁敏晶体管多用于检测弱磁磁场，无触点开关，位移
2021/3/测17 量，转速测量等。
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5
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔传感器的工作原理与特性
6.2.1 霍尔效应 ➢ 在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和
（几个平方毫米），可以用于测量地球磁场，制成电罗盘；将它卡在环
形铁心中，可以制成大电流传感器。它还广泛用于无刷电动机、高斯计、
接近开关、微位移测量等。它的最大特点是非接触测量。其它类型的磁
电感应式传感器很多，常用的有磁敏电阻与磁敏传感器等。磁敏电阻一
般用于磁场强度、漏磁、制磁的检测或在交流变换器、频率变换器、功
式（6-7）中， f (L /W为)形状效应系数，其修正值如下表所示。通常取 L /W 2
L/W
0.5
f(L/W) 0.370
1.0 0.675
1.5 0.841
2.0 0.923
2.5 0.967
3.0 0.984
4.0 0.996
2021/3/17
9
第6章 磁电式传感器
霍耳电势与材料的关系
3） 霍耳电压UH与控制电流及磁场强度有关。根据式
UH
RH H
IB
KH IB
UH正比于I及B。当控制电流恒定时，B愈大，UH愈 大。当磁场改变方向时，UH也改变方向。同样，当 霍耳灵敏度KH及磁感应强度B恒定时，增加控制I,也 可以提高霍耳电压的输出。但电流不宜过大，否则，
会烧坏霍耳元件。
2021/3/17
10
第6章 磁电式传感器
6.2.2 霍尔元件的结构和主要参数
霍尔电势的大小
2021/3/17
8
第6章 磁电式传感器
霍耳电势与材料的关系
通过以上分析，可以看出
⑴ 霍耳电压UH大小与材料的性质有关。一般来说，金属材料n较大，导致RH和KH变
小，故不宜做霍耳元件。霍耳元件一般采用N型半导体材料。 RH=1/nq
⑵ 霍耳电压UH与元件的尺寸关系很大，生产元件时要考虑到以下几点：
1）根据式
UH
RH H
IB
，KHH IB愈小，KH愈大，霍耳灵敏度愈高，所以霍耳元件的厚度都
比较薄。但H太小，会使元件的输入、输出电阻增加，因此，也不宜太薄。
2）元件的长宽比对UH也有影响。L/W加大时，控制电极对霍耳电压影响减小。但
如果L/W过大，载流子在偏转过程中的损失将加大，使UH下降，通常要对式（66）加以形状效应修正：UH KH IBf (L /W ) (6-7）
场强度成正比的电动势。这个现象后来被人们称为霍尔效应。但是由于
这种效应在金属中非常微弱，当时并没有引起人们的重视。1948 年以后，
由于半导体技术迅速发展，人们找到了霍尔效应比较明显的半导体材料，
并制成了砷化稼、锑化铟、硅、锗等材料的霍尔元件。
➢ 用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。霍尔传感器可以做得很小
➢ 磁电式传感器的种类较多，不同材料制作的磁传感器其工作原理和特性 也不相同。本章主要介绍霍尔传感器以及磁阻元件、磁敏二极管、磁敏 晶体管等常用半导体磁传感器的原理、特性和应用。
2021/3/17
4
第6章 磁电式传感器
➢ 1879 年，美国物理学家霍尔经过大量的实验发现：如果让恒定电流通过
金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁
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第6章 磁电式传感器
学习目的
➢掌握霍尔传感器的工作原理与特性， 熟悉霍尔传感器件
➢了解磁敏电阻、磁敏二极管等磁敏元 件的工作原理和特性
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第6章 磁电式传感器
主要内容
6.1 概述 6.2 霍尔式传感器的工作原理与特性 6.3 磁敏传感器 6.4 磁电式传感器的应用 本章小结 复习思考题
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第6章 磁电式传感器
6.1 概述
➢ 磁电感应式传感器是通过磁电转换将被测非电量（如振动、位移、速度 等）转换成电信号的一种传感器。
➢ 1820年奥斯特首次通过实验发现电流的磁效应。1831年英国物理学家 法拉第发现电磁感应定律。根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里， 产生与磁通变化速率成正比的感应电动势。最简单的把磁信号转换为电 信号的磁电传感器就是线圈。随着科技发展，现代磁电传感器已向固体 化发展，它是利用磁场作用在被测物上，使物质的电性能发生变化的物 理效应制成的，从而使磁场强度转换为电信号。
电流都垂直的方向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔
v
效应制成的元件称为霍尔传感器。所产生的电动势称为霍尔电势。 ➢ 如图6-1所示，在长、宽、高分别为L 、 W 、 H的半导体薄片的相对两侧a、
b通以控制电流，在薄片垂直方向加以磁场B。设图中的材料是N型半导体，导 电的载流子是电子。在图示方向磁场的作用下，电子将受到一个由c侧指向d侧
UH
BW
I nqHW
BW
1 nqH
IB
➢设
RH
1---霍尔系数，得
nq
➢设
KH
RH H
---霍尔灵敏度，则
பைடு நூலகம்
UH
RH H
IB
（6-5）
反映材料霍尔效 应的强弱，是由 材料性质所决定
的一个常数大小
UH
RH H
IB
KH IB
（6-6）
霍尔灵敏度，它表 示霍尔元件在单位 控制电流和单位磁 感应强度时产生的
qEH qB
所以霍尔电场的强度为
EH B （6-2）
在c与d两侧面间建立的电
动势差称为霍尔电势，用表 U H
示
UH
EHW 或U H
BW
当材料中的电子浓度为n时
I /(nqHW ) （6-3）
UH
BW
I nqHW
BW
1 nqH
IB
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图6-1 霍尔效应与霍尔元件7
第6章 磁电式传感器
方向力的作用，这个力就是洛仑兹力。洛仑兹力用表示，大小为：
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图6-1
电子电荷量
FL qB
载流子的 运动速度
磁感应 强度
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第6章 磁电式传感器
➢ 在洛仑兹力的作用下，电子向d侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，c侧则形成 正电荷的积累。这样，c、d两端面因电荷积累而建立了一个电场 EH,称为霍尔 电场。该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。 当电场力（ F）H 与 q洛EH仑兹力大小相等时，达到动态平衡。这时有
率电压变换器、移位电压变换器等电路中作控制元件，还可用于接近开
关、磁卡文字识别、磁电编码器、电动机测速等方面或制作磁敏传感器
用。 磁敏二极管和磁敏晶体管多用于检测弱磁磁场，无触点开关，位移
2021/3/测17 量，转速测量等。
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第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔传感器的工作原理与特性
6.2.1 霍尔效应 ➢ 在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和
（几个平方毫米），可以用于测量地球磁场，制成电罗盘；将它卡在环
形铁心中，可以制成大电流传感器。它还广泛用于无刷电动机、高斯计、
接近开关、微位移测量等。它的最大特点是非接触测量。其它类型的磁
电感应式传感器很多，常用的有磁敏电阻与磁敏传感器等。磁敏电阻一
般用于磁场强度、漏磁、制磁的检测或在交流变换器、频率变换器、功
式（6-7）中， f (L /W为)形状效应系数，其修正值如下表所示。通常取 L /W 2
L/W
0.5
f(L/W) 0.370
1.0 0.675
1.5 0.841
2.0 0.923
2.5 0.967
3.0 0.984
4.0 0.996
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第6章 磁电式传感器
霍耳电势与材料的关系
3） 霍耳电压UH与控制电流及磁场强度有关。根据式
UH
RH H
IB
KH IB
UH正比于I及B。当控制电流恒定时，B愈大，UH愈 大。当磁场改变方向时，UH也改变方向。同样，当 霍耳灵敏度KH及磁感应强度B恒定时，增加控制I,也 可以提高霍耳电压的输出。但电流不宜过大，否则，
会烧坏霍耳元件。
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第6章 磁电式传感器
6.2.2 霍尔元件的结构和主要参数
霍尔电势的大小
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第6章 磁电式传感器
霍耳电势与材料的关系
通过以上分析，可以看出
⑴ 霍耳电压UH大小与材料的性质有关。一般来说，金属材料n较大，导致RH和KH变
小，故不宜做霍耳元件。霍耳元件一般采用N型半导体材料。 RH=1/nq
⑵ 霍耳电压UH与元件的尺寸关系很大，生产元件时要考虑到以下几点：
1）根据式
UH
RH H
IB
，KHH IB愈小，KH愈大，霍耳灵敏度愈高，所以霍耳元件的厚度都
比较薄。但H太小，会使元件的输入、输出电阻增加，因此，也不宜太薄。
2）元件的长宽比对UH也有影响。L/W加大时，控制电极对霍耳电压影响减小。但
如果L/W过大，载流子在偏转过程中的损失将加大，使UH下降，通常要对式（66）加以形状效应修正：UH KH IBf (L /W ) (6-7）
场强度成正比的电动势。这个现象后来被人们称为霍尔效应。但是由于
这种效应在金属中非常微弱，当时并没有引起人们的重视。1948 年以后，
由于半导体技术迅速发展，人们找到了霍尔效应比较明显的半导体材料，
并制成了砷化稼、锑化铟、硅、锗等材料的霍尔元件。
➢ 用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。霍尔传感器可以做得很小
➢ 磁电式传感器的种类较多，不同材料制作的磁传感器其工作原理和特性 也不相同。本章主要介绍霍尔传感器以及磁阻元件、磁敏二极管、磁敏 晶体管等常用半导体磁传感器的原理、特性和应用。
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第6章 磁电式传感器
➢ 1879 年，美国物理学家霍尔经过大量的实验发现：如果让恒定电流通过
金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁