霍尔式传感器
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霍尔式传感器
四、 霍尔元件构造
霍尔元件是一块矩形半导体单晶薄片，由霍尔片、 霍尔元件是一块矩形半导体单晶薄片，由霍尔片、四 极引线和壳体组成。 极引线和壳体组成。在它的长度方向两端面上焊有两 根引线，称为控制电流端引线（图中a 控制电流端引线 根引线，称为控制电流端引线（图中a、b线）， 通常 红色导线。其焊接处称为控制电流极 控制电流极， 用红色导线。其焊接处称为控制电流极，要求焊接处 接触电阻很小，欧姆接触。 接触电阻很小，欧姆接触。
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霍尔式传感器
该电场产生的电场力F 阻止电子继续偏转。 该电场产生的电场力FE阻止电子继续偏转。当FE与FL相 电场力 等时，电子积累达到动态平衡。这时， 等时，电子积累达到动态平衡。这时，在半导体前后 两端面之间建立电场，称为霍尔电场 霍尔电场E 两端面之间建立电场，称为霍尔电场EH，相应的电势 就称为霍尔电势 霍尔电势U 就称为霍尔电势UH。
扬州大学
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霍尔式传感器
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霍尔式传感器
六、 霍尔元件的主要技术指标 额定激励电流I 1、额定激励电流IH 使霍尔元件温升10 所施加的控制电流值称为额 10℃ 使霍尔元件温升10℃所施加的控制电流值称为额 定激励电流。通常用I 表示。 定激励电流。通常用IH表示。 通过电流I 的载流体产生焦耳热W 通过电流IH的载流体产生焦耳热WH：
IB IB ⇒UH = − = RH ⋅ = kH ⋅ IB ned d
夹角时，则有： 当磁场于薄片法线有 α夹角时，则有： U H = k H IB cos α
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霍尔式传感器
IB IB UH = − = RH ⋅ = kH ⋅ IB ned d
霍尔式传感器
一、霍尔元件的工作原理及结构 1．霍尔效应 ． 霍尔电压U 霍尔电压 H为：
IBபைடு நூலகம்U H＝ = K H IB ned
式中 n ——载流子数浓度 载流子数浓度 e ——电子电量 电子电量 KH——霍尔元件灵敏度 霍尔元件灵敏度
霍尔效应动画演示
KH＝1/ned
（a）霍尔元件结构示意图 （b）图形符号 （c）外形 ） ） ）
叉形钳形表漏磁 叉形钳形表漏磁 稍大， 稍大，但使用方便
用钳形表测量 电动机的相电流
霍尔钳形电流表的使用
霍尔元件示意图
霍尔元件图片
3．基本电路 ．
注意：时间短（ 之间） 注意：时间短（约10-12s～10-14s之间） ～ 之间 频率高（几千兆赫）。 频率高（几千兆赫）。
二、霍尔元件的基本参数与温度误差的补偿 1．基本参数 ． （1）输入电阻 i； ）输入电阻R （2）输出电阻 0； ）输出电阻R 3）最大激励电流I （3）最大激励电流IM； （4）灵敏度 H； ）灵敏度K （5）最大磁感应强度 M； ）最大磁感应强度B （6）不等位电势； ）不等位电势； （7）霍尔电势温度系数 ）
霍尔元件
霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔特斯拉计（高斯计）
2、应用举例 、 （1）角位移 ） 测量仪
霍尔角位移测量动画演示1 霍尔角位移测量动画演示
霍尔角位移测量动画演示2 霍尔角位移测量动画演示
（2）霍尔转速表 ）
霍尔转速测量动画演示
（3）霍尔式微压力传感器 ）
霍尔式微压力传感器原理示意图
（4）霍尔钳形电流表 ）
2．温度误差及其补偿 ． 产生原因： 产生原因： 处理方法： 处理方法： 半导体对温度很敏感 特性参数为温度的函数
霍尔式传感器
式中 RH－－霍尔常数（m3/C）
I－－控制电流（A）
B－－磁感应强度（B)
d－－霍尔元件的厚度（m）
霍尔常数
= −
1
ne
霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：
金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，
霍尔电势也小，故金属材料不宜制作霍尔元件
半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速
度）比空穴迁移率高，因此N型半导体较适合
时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多
少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相
当于多少高斯（Gs）？
五、霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三个
变量的函数，即 EH=KHIBcos 。利用
这个关系可以使其中两个量不变，将
第三个量作为变量，或者固定其中一
个量，其余两个量都作为变量。这使
时，在导线周围将
产生磁场，磁力线
集中在铁心内，并
在铁心的缺口处穿
过霍尔元件，从而
产生与电流成正比
的霍尔电压。
5.霍尔电流传感器
霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC
EH=KH IB
其他霍尔电
流传感器
霍尔钳形电流表（交直流两用）
豁口
压舌
霍尔钳形电流表演示
被测电流的 70.9A
导线未放入
铁心时示值
为零
霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺
口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从
而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。
3.霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了
换向器和电刷，而采用霍尔元件来
检测转子和定子之间的相对位置，
其输出信号经放大、整形后触发电普通直流电动机使用
《霍尔式传感器》课件
霍尔式传感器能够将磁场变化转化为电信号，从而检测汽车发动机的转速和车速。在汽车气瓶压力检 测中，霍尔式传感器可以实时监测气瓶压力，确保行车安全。
在环境监测中的应用
总结词
霍尔式传感器在环境监测领域的应用主要包括空气质量检测、水质监测和气象监测等方面。
详细描述
在空气质量检测中，霍尔式传感器可以检测空气中的有害气体和颗粒物，为环境保护提供数据支持。在水质监测 中，它可以检测水中的溶解氧、PH值等参数，确保水质安全。在气象监测中，霍尔式传感器可以用于风速、风 向等参数的测量。
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4. 对于长期不使用的传感器，应定期通电检查，防止性能下降。
常见故障与排除方法
要点一
1. 输出信号异常
可能是由于电源故障、连接不良或传感器损坏等原因。
要点二
2. 测量误差大
可能是由于传感器老化、环境条件变化或电路故障等引起 。
常见故障与排除方法
3. 无输出信号
可能是由于电源未接通、连接线断路或传感器损坏等造 成。
详细描述
差分测量电路通过使用两个完全相同的霍尔元件，并将它们的输出电压差分放大来提高 测量精度和抗干扰能力。这种电路可以消除温度、电源电压和机械应力等外部因素对测
量结果的影响。
04 霍尔式传感器的应用实例
在汽车工业中的应用
总结词
霍尔式传感器在汽车工业中发挥着重要作用，主要用于检测车速、发动机转速、气瓶压力等参数。
在自动化生产线中的应用
总结词
霍尔式传感器在自动化生产线中的应用 主要包括物料传送、定位控制和机械臂 控制等方面。
VS
详细描述
在物料传送中，霍尔式传感器可以检测传 送带上物品的位置和速度，确保物品准确 无误地传送到指定位置。在定位控制中， 它可以用于控制机械臂的移动位置和速度 ，提高生产效率。在机械臂控制中，霍尔 式传感器可以检测机械臂的位置和姿态， 实现精确控制。
《霍尔式传感器》课件
对于长期不使用的传感器，应定 期通电检查，以确保其性能正常 。
对于有可调元件的传感器，应定 期检查可调元件是否松动或损坏 。
05
霍尔式传感器的发展趋势与 未来展望
新型霍尔式传感器的研发与进展
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新型霍尔式传感器研发
随着科技的不断进步，新型霍尔式传感器正在被 不断研发出来，以满足各种不同的应用需求。
在汽车工业中的应用
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发动机控制
霍尔式传感器可用于检测曲轴位置和气缸识别，以实现精确 的点火和喷油控制，从而提高发动机效率和性能。
自动变速器
通过检测车速和发动机转速，霍尔式传感器帮助控制自动变 速器的换挡逻辑，确保平稳换挡和最佳燃油经济性。
防抱死刹车系统
霍尔式传感器监测车轮转速，控制刹车油压，防止车轮抱死 ，提高制动效果和车辆稳定性。
02
霍尔式传感器在物联网领域的应用主要包括智能家居、智能农业 、智能工业等领域，能够实现智能化控制和远程监控等功能。
03
随着物联网技术的不断发展，霍尔式传感器的应用前景将 更加广阔。
霍尔式传感器的发展趋势与未来展望
未来，霍尔式传感器将继续朝着高灵敏 度、高可靠性、微型化、集成化等方向 发展。
随着人工智能、物联网等技术的不断发展， 霍尔式传感器的应用领域将进一步拓展，其 在智能制造、智能医疗等领域的应用也将得 到更广泛的发展。
用于测量地球磁场、磁性材料、电流产生的磁 场等，如指南针、磁性编码器等。
位置检测
用于检测物体的位置变化，如门窗开关状态、 气瓶压力等。
霍尔式传感器的优缺点
优点
结构简单、体积小、重量轻、线性度 好、稳定性高、温度稳定性好等。
缺点
对外界磁场干扰敏感，易受干扰影响 测量精度，需要定期校准等。
霍尔传感器总结
霍尔传感器总结1. 引言霍尔传感器是一种广泛应用于电子设备中的传感器，它可以用于检测磁场的存在和强度。
相比于传统的接触式传感器，霍尔传感器具有非接触式、高精度、高灵敏度等优势，因此在许多领域使用广泛。
本文将对霍尔传感器进行总结，包括原理、分类、应用和市场前景等内容。
2. 霍尔传感器原理霍尔传感器的工作原理基于霍尔效应，在一定情况下，导体中通过的电流会受到磁场的影响。
当一个电流通过置于磁场中的导体时，导体内会产生一个由电场力引起的霍尔电压，这个现象被称为霍尔效应。
霍尔传感器利用霍尔效应来检测磁场的存在和强度。
3. 霍尔传感器分类根据霍尔传感器的工作原理和结构特点，可以对其进行不同的分类：3.1 线性霍尔传感器线性霍尔传感器可以精确地测量磁场的强度，并输出与之对应的电压或电流信号。
它们通常用于测量磁场的大小，如磁铁的磁场强度等。
3.2 开关式霍尔传感器开关式霍尔传感器可以根据磁场的存在与否，输出高电平或低电平信号。
它们通常用于检测磁场的开关状态，如检测磁铁的位置或检测金属物体的接近程度等。
3.3 旋转式霍尔传感器旋转式霍尔传感器可用于测量旋转物体的角度或位置。
通过将一个磁场源固定在旋转物体上，当旋转物体转动时，磁场的变化会被霍尔传感器检测到，并转换为相应的电信号输出。
这种传感器常用于测量舵机、电机等旋转设备的角度。
4. 霍尔传感器应用由于霍尔传感器具有非接触式、高精度、高灵敏度等特点，因此在许多领域得到了广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：4.1 电子设备领域•磁性存储设备：用于读取和写入磁盘驱动器中的数据。
•磁卡读卡器：用于读取信用卡和身份证等磁卡信息。
•磁传感器：用于测量电流、速度、加速度等参数。
•磁场导航传感器：用于手机、平板电脑等设备的方向感应和指南针功能。
4.2 汽车行业•飞轮传感器：用于测量引擎转速。
•节气门传感器：用于测量引擎负荷和控制油门开度。
•刹车传感器：用于测量刹车系统的状态，如制动液压力等。
霍尔传感器工作原理
霍尔传感器工作原理一、引言霍尔传感器是一种常用的非接触式传感器，广泛应用于工业、汽车、电子设备等领域。
本文将详细介绍霍尔传感器的工作原理及其应用。
二、霍尔效应霍尔效应是指在导电材料中，当通过其垂直于电流方向的磁场时，会在材料两侧产生电势差。
这种现象是由霍尔效应元件（霍尔元件）产生的，通常由半导体材料制成。
三、霍尔传感器的构成1. 霍尔元件：霍尔传感器的核心部件是霍尔元件。
霍尔元件通常由硅材料制成，具有正、负两个电极。
当磁场作用于霍尔元件时，会在正、负电极之间产生电势差。
2. 偏置磁场：为了使霍尔传感器正常工作，需要在霍尔元件周围产生一个恒定的磁场，称为偏置磁场。
偏置磁场可以通过永久磁铁或者电磁线圈实现。
3. 信号处理电路：霍尔传感器的输出电压较低，需要通过信号处理电路进行放大和滤波，以提高信号的稳定性和可靠性。
四、霍尔传感器的工作原理当霍尔元件处于偏置磁场中时，磁场的作用会导致霍尔元件两侧产生电势差。
根据霍尔效应的原理，电势差的大小与磁场强度成正比，与电流方向和霍尔元件之间的夹角有关。
霍尔传感器通常有两种工作方式：线性模式和开关模式。
1. 线性模式：当磁场作用于霍尔元件时，霍尔元件两侧产生的电势差与磁场强度成正比。
通过信号处理电路将电势差转化为电压信号，可以得到与磁场强度线性相关的输出电压。
线性模式的霍尔传感器适合于需要测量磁场强度大小的场合。
2. 开关模式：当磁场作用于霍尔元件时，霍尔元件两侧的电势差会发生突变，从而改变输出状态。
当磁场超过一定阈值时，输出状态由低电平切换为高电平，反之亦然。
开关模式的霍尔传感器适合于检测磁场的开关状态，如接近开关、位置检测等。
五、霍尔传感器的应用1. 速度测量：霍尔传感器可以用于测量旋转物体的速度，如机电、风扇等。
通过将霍尔传感器安装在旋转物体上，当旋转物体经过磁场时，霍尔传感器可以检测到磁场的变化，从而测量旋转速度。
2. 位置检测：霍尔传感器可以用于检测物体的位置，如门窗的开关状态、阀门的开关状态等。
霍尔传感器
代入后：
IB IB UH = RH K H IB ν Bb = − = = ned d
1 霍尔常数与材料有关 RH = − = ρµ ne
霍尔灵敏度与薄片尺寸有关
KH
RH = d
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法 线成某一角度 θ 时，实际上作用于霍尔元件上 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 B cosθ ，这时的霍尔电势 为
要使温度变化时霍尔电压不变，必须使
Ri 0 β ( β − α ) Ri 0 = 0 α− 即：R = Ri 0 + R α
2. 恒流源加并联电阻补偿
温度为T0时, 控制电流
IM 0 RP = I RP + Ri 0
温度升到T时，电路中各参数 变为
K = K H 0 (1 + α∆T ) R = Ri 0 (1 + β∆T ) Ht i
K = K H 0 (1 + α∆t ) Ht
R = it
Ri 0 (1 + β ∆t )
霍尔电压随温度变化的关系式为：
E = U Ht K = K Ht B Ht BI Ht R + Rit
对上式求温度的导数，可得
Ri 0 β = ∆U U H 0 α − ∆t Ri 0 + R
目前常用的霍尔元件材料有 : 锗、 硅、砷化铟、 锑化铟等半导体材料。
三、霍尔元件的结构和符号
霍尔传感器的基本电路
外形:矩形薄片有四根引线； 实测中可把I*B作输入， 也可把I或B单独做输入。 通过霍尔电势输出测量结果。 输出Uo与I或B成正比关系。
为了获得较大的霍尔输出，可采用输出叠加的联接 方式。 图(a)为直流供电情况，控制电流并联，R1、R2为可 调电阻，它的输出为单个元件的两倍。 图(b)为交流供电情况，控制电流端串联，变压器 的次级便得到霍尔输出信号的叠加值。
霍尔传感器分类
霍尔传感器分类
霍尔传感器可以分为以下几类：
1. 线性霍尔传感器：线性霍尔传感器是一种检测磁场强度和位置的传感器，可以用来测量磁场的变化，从而确定位置和速度。
2. 旋转霍尔传感器：旋转霍尔传感器也是一种磁场传感器，能够检测旋转物体的角度和速度，并且可以在恶劣的环境下进行工作。
3. 数字霍尔传感器：数字霍尔传感器能够将磁场信号转换为数字信号，可以实现高精度、高可靠性的磁场检测。
4. 恒温霍尔传感器：恒温霍尔传感器具有恒定的灵敏度和零点漂移，可用于高精度测量。
5. 电流霍尔传感器：电流霍尔传感器主要用于检测电流的大小和方向，具有快速反应、高精度和低功耗等特点。
6. 继电器霍尔传感器：继电器霍尔传感器具有高速响应和长寿命等特点，可用于控制电机、开关、灯光等。
7. 车道霍尔传感器：车道霍尔传感器是一种用于车辆导航和车道保持的传感器，能够检测车辆相对于车道的位置和方向。
霍尔传感器
霍尔元件可采用两种方式：恒流驱动或恒压驱动
（a） 恒流驱动
（b） 恒压驱动
其中恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应 强度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合； 恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。
1.4 霍尔元件的误差分析及补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时各种 影响霍尔元件性能的因素，如元件安装不合 理、环境温度变化等，都会影响霍尔元件的 转换精度，带来误差。
（2）寄生直流电动势。
当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁 场时，霍尔输出除了交流不等位电动势外，还 有直流电动势分量，称为寄生直流电动势。该 电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接 触而形成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点 大小不等、热容量不同引起温差所产生的。它 随时间而变化，导致输出漂移。因此在元件制 作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到 散热均匀，有良好的散热条件。
1、霍尔元件的零位误差及其补偿
霍尔元件的零位误差包括不等位电势、 寄生直流电势和感应零电势等，其中不等位 电势是最主要的零位误差。要降低除了在工 艺上采取措施以外，还需采用补偿电路加以 补偿。
（1）不等位电势及其补偿。
（a） 两电极点不在同一等位面上（b）等位面歪斜
霍尔元件不等位电势示意图
霍尔元件不等位电势补偿电路：
传感检测技术基础
霍尔传感器
霍尔式传感器是基于霍尔效应原理将被测量，如 电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动 势输出的一种传感器。
优点：霍尔式传感器结构简单，体积小，坚固，频率 响应宽（从直流到微波），动态范围（输出电动势的 变化）大，无触点，寿命长，可靠性高，易于微型化 和集成电路化。
缺点：转换率较低，温度影响大，要求转换精度较高 时必须进行温度补偿。
简述霍尔式传感器
简述霍尔式传感器
霍尔式传感器（Hall Sensor）是一种基于霍尔效应工作原理的
传感器。
霍尔效应是指当电流通过一块带有磁场的导体时，导体两侧会产生不同电势差的现象。
霍尔式传感器利用这种原理来检测磁场的存在、强度和方向。
霍尔式传感器通常由霍尔片、放大器和输出电路组成。
霍尔片是一个直线状的导体，通常是用硅、铟化锡或镓化铟等材料制成，其两侧附加电源可产生电场。
当磁场垂直于霍尔片时，磁场力会使得霍尔片两侧电子密度不一致，导致电势差的产生。
这个电势差会经过放大器放大后，以电压或电流的形式输出。
霍尔式传感器具有许多优点，例如高灵敏度、快速响应、广泛的工作温度范围、较低的功耗和长寿命等。
它们可以用于测量电流、速度、位置和磁场的强度等应用领域。
在汽车行业中，霍尔式传感器通常用于测量旋转速度、轮胎转动和齿轮位置等。
同时，在电子设备中，霍尔式传感器也被广泛应用于开关、安全检测和位置控制等方面。
霍尔式传感器不仅具有很大的应用前景，而且其价格相对便宜、结构简单，便于集成和安装，因此在工业控制、汽车工程、航空航天和消费电子等领域有着广阔的市场。
霍尔式传感器
1）、材料——多用N型半导体 2）、结构和符号 霍尔片——半导体薄片 （因为d小，KH大， l/b=2时KH最大） 引线——激励电极 （短边端面）引线11′、 霍尔电极（长边端面）引线22′。 封装外壳——陶瓷或环氧树脂
目前最常用的霍尔元件材料是锗（Ge）、硅 （Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半 导体材料。 其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能 和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其霍尔系 数、温度性能同N型锗，但其电子迁移率比较低， 带负载能力较差，通常不用作单个霍尔元件。
磁场力
F qvB
Q----电子的电荷量（1.602X10-19C） V----半导体的电子运动速度 B----外磁场的磁感应强度
磁场力 电场力
F qvB
F qEH
Eh 为静电场的电场强度
所以 EH V B
平衡时， F F
材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用 载流子迁移率来表征； 载流子迁移率，是指在单位电场强度作用下，载 流子的平均速度值。载流子迁移率用符号μ表示， μ=v/EI。其中EI是A、B两端面之间的电场强度。 它是由外加电压U产生的，即EI＝U/L。因此我 们可以把电子运动速度表示为v=μU/l。
二、电路部分
1、基本电路
2、霍尔元件的输出电路 线性应用 图5-5-4 a) 开关应用 图5-5-4b)
霍尔线性电路
它由霍尔元件、差分放大 器组成。其输出电压和加 在霍尔元件上的磁感强度 B成比例，这类电路有很 高的灵敏度和优良的线性 度，适用于各种磁场检测。 霍尔线性电路的性能参数 见下表。
3 霍尔传感器的应用
一、利用与I的关系 可用于直接测量电流和能转换为电流 的其它物理量 二、利用 U H 与B的关系 U H ~ B 可用于测量磁场及可转换为磁场的其它物理量 实例――霍尔式钳形电流表 图５-５-７
hall传感器
其中Rp用来补偿 U0，霍尔输出端串入 温度补偿电桥，Rt为 热敏电阻（负温度系 数），温度变化时桥 路产生输出电压，此 时霍尔电势与桥路输 出电压相加作为传感 器输出。此补偿方法 在±40℃范围内效果 很好。
恒压源和输入回路串联电阻
霍尔元件采用恒 压源供电，且霍 尔输出在开路状 态下工作时，可 采用在输入回路 中串联电阻的方 法来补偿温度误 差。
产生不等位电势示意图
补偿方法：
■工艺上采取措施，尽量使霍尔电极对称 ■采用补偿电路
霍尔元件等效电路为一个四臂电桥，因此可在某 一桥臂并上一定电阻将其降到最小，甚至为零。 图为几种不等位电势的补偿电路，其中不对称补 偿简单，而对称补偿温度稳定性好。
霍尔元件符号及等效电路
X
X
（a)不对称补偿
X
X
（b）对称补偿
3.霍尔元件的电磁特性
U H I特性 电磁特性包括 U H B特性 R B特性
（1）U H
I 特性
指控制电流与霍尔 电势之间的关系。 当磁场恒定，在一 定环境温度下，控 制电流与霍尔电势 之间呈线性关系。
⑵ UH
B特性
指霍尔电势与磁场强度 之间的关系。控制电流 一定时，霍尔元件的开 路霍尔输出随磁感应强 度增加而增大，但不完 全呈线性关系，只有当 B 0.5T（即5000Gs） 时，才呈现较好的线性 见图示。
● ●
采用温度补偿元件
输入回路并联电阻
I
Rp
Rp
R
为霍尔元件灵敏度温度系数
i0
为元件的电阻温度系数
当
时，R pຫໍສະໝຸດ R i0 合理选择负载电阻
R L R 0o
霍尔式传感器
霍尔
霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了换
向器和电刷，而采用霍尔元件
来检测转子和定子之间的相对 位置，其输出信号经放大、整
形后触发电子线路，从而控制
电枢电流的换向，维持电动机 的正常运转。由于无刷电动机 不产生电火花及电刷磨损等问
普通直流电动机使用 的电刷和换向器
题，所以它在录像机、CD唱
机、光驱等家用电器中得到越 来越广泛的应用。
H
H
测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔角编码器以及 基于微小位移测量原理的霍尔加速度计、微压力计等。
维持θ不变，则E =f(IB)，即传感器的输出E 与I、B的乘积成
H H
正比，应用有模拟乘法器、霍尔功率计、电能表等。
角位移测量
角位移测量仪结构示意图
1－极靴 2－霍尔器件 3－励磁线圈
霍尔器件与被测物连动，而霍尔器件又在一个恒定的磁 场中转动，于是霍尔电动势EH就反映了转角θ的变化。
温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元 件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 思 考 以下选项中哪项适合用于做霍尔原件的激励电流？
A．5μA
B．0.1 mA
C．10mA
D．100mA
最大磁感应强度B
m：磁感应强度超过Bm时，霍尔电动势的非线
不等位电动势和不等位电阻：不等位电动势是指霍尔元件输出端
霍尔电流传感器
所实现的多媒体界面：
霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC
EH=KH IB
§5.3 霍尔传感器的误差与补偿
1．零位误差与补偿
理论上当B=0，I=0时，霍尔元件的输出电压应该是零，但实际
还是有霍尔电压输出，这种现象称为元件的零位误差。引起零
霍尔式传感器原理及应用课件
霍尔元件的结构与特性
霍尔元件通常由霍尔材料、电极和基底组成，其中霍尔材料是实现霍尔效 应的关键。
霍尔元件具有高灵敏度、快速响应、线性输出等特点，广泛应用于磁场、 电流、位置等物理量的测量。
不同类型的霍尔元件适用于不同的测量范围和环境条件，选择合适的霍尔 元件是保证测量准确性和稳定性的关键。
02
霍尔式传感器的类型与特性
特殊型霍尔传感器
总结词
具有特殊功能或应用领域的霍尔传感器，如高温型、高压型 、小型化等。
详细描述
特殊型霍尔传感器通常采用特殊的材料、工艺和设计，以满 足特殊应用的需求，如高温环境下测量磁场、高压环境下检 测电流等。
03
霍尔式传感器的应用
在自动化控制系统中的应用
1 2
自动化生产线的物料传送和定位
线性型霍尔传感器
总结词
主要用于测量磁场强度的变化，输出 与磁场强度的变化成线性关系的电压 或电流信号。
详细描述
线性型霍尔传感器通常具有较高的灵 敏度和精度，适用于需要精确测量磁 场变化的场合，如电流测量、磁通量 测量等。
开关型霍尔传感器
总结词
主要用于检测磁场是否存在，输出为高电平或低电平信号。
详细描述
开关型霍尔传感器通常具有较低的灵敏度，但具有快速响应速度和低功耗等特 点，适用于需要快速检测磁场状态变化的场合，如位置检测、转速检测等。
温度补偿型霍尔传感器Байду номын сангаас
总结词
具有温度补偿功能，能够自动修正温 度变化对传感器输出的影响。
详细描述
温度补偿型霍尔传感器通常采用特殊 的电路设计和材料，以实现温度补偿 功能，适用于需要精确测量磁场且环 境温度变化较大的场合。
工作电压范围
霍尔式转速传感器-全球百科
霍尔式转速传感器-全球百科
霍尔式转速传感器是基于“霍尔效应”的磁感应接近开关式传感器。
这类半导体器件早已采用集成电路工艺制作成体积很小的器件，上有多种规格的产品可供选用，包括PNP和NPN输出由路和常升式、常闭式、锁定式，输出端可以连接继电联负载，最简便的连接一个1kΏ左右的电阻。
电源电压有DC5±0.5V和5~16V、8~16V、4.5~24V等多种规格。
开关导通的对应永久磁体的S极和N极两种，还有一类为自锁型，即S极导通，N极关断。
在1个Φ20~50的铝或铜合金加工的测速轮盘上嵌装入2个Φ4~6mm、厚3mm的N与S极分别向外的磁钢，即可适用于各类霍尔开关测速传感器。
这种传感器输出略低于供电电压的矩形波电脉冲，频率范围0~100kHz，频响10-12~10-4s，可用于测量0.01r/min超低转速至几十万转/min 的超高转速。
除振动以外的干扰因素少，测速精度高，缺点是嵌装磁钢受到测速盘结构及拖动负载能力的限制。
霍尔传感器工作原理
霍尔传感器工作原理一、引言霍尔传感器是一种常用的非接触式传感器，通过测量磁场的变化来检测物体的位置、速度、方向等参数。
本文将详细介绍霍尔传感器的工作原理及其应用。
二、工作原理1. 霍尔效应霍尔效应是指当电流通过一块导体时，如果该导体处于磁场中，将会在导体两侧产生一种电势差（霍尔电压），这种现象被称为霍尔效应。
霍尔传感器利用霍尔效应来测量磁场的变化。
2. 霍尔元件霍尔元件是霍尔传感器的核心部件，由半导体材料制成。
常见的霍尔元件有线性霍尔元件和开关型霍尔元件两种。
- 线性霍尔元件：根据磁场的变化，产生与磁场强度成正比的输出电压。
线性霍尔元件适合于测量磁场的强度和方向。
- 开关型霍尔元件：在磁场的作用下，输出电压从低电平切换到高电平或者从高电平切换到低电平。
开关型霍尔元件适合于检测磁场的开关状态。
3. 工作原理霍尔传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：- 步骤1：电流输入将电流通过霍尔元件，使其形成一个磁场。
- 步骤2：磁场感应当霍尔元件处于外部磁场中时，磁场会对霍尔元件产生作用。
- 步骤3：霍尔电压产生根据霍尔效应，磁场作用下，霍尔元件的两侧会产生一个电势差，即霍尔电压。
- 步骤4：电压测量通过测量霍尔电压的大小，可以得知磁场的强度或者状态。
三、应用领域霍尔传感器在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域：1. 位置检测霍尔传感器可以用于检测物体的位置，例如汽车的转向角度、航空航天中的导航系统等。
2. 速度测量通过测量霍尔电压的变化，可以计算出物体的速度，例如车辆的转速、机电的转速等。
3. 开关控制开关型霍尔传感器可以用于检测磁场的开关状态，例如磁性门窗的开关检测、电子设备的开关控制等。
4. 磁场测量霍尔传感器可以用于测量磁场的强度和方向，例如磁力计、地磁测量等。
5. 电流检测通过测量霍尔电压的大小，可以间接测量电流的大小，例如电动车的电流检测、电源管理系统中的电流监测等。
四、总结霍尔传感器是一种常用的非接触式传感器，利用霍尔效应来测量磁场的变化。
霍尔式传感器.
霍尔式传感器一.概述：霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。
1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但是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作霍尔元件，由于他的霍尔效应显著而得到应用和发展。
霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。
脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。
因此，霍尔传感器不需要外界电源供电。
二.工作原理：是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种磁敏式传感器。
它可以直接测量磁场和微位移量，应用于电池测量、压力、加速度、振动等方面的测量领域。
目前霍尔传感器已从分立元件发展到集成电路的阶段，正越来越受人们的重视，应用日益广泛。
三.应用：1. 霍尔传感器的应用非常的广泛，在测量领域，可用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。
在通讯领域，可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频已经微波功率测量等。
在自动化技术领域，可用于无刷直流电机、速度传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的伺服系统和自动电力拖动系统等。
1).电子式水表、气表、电表和远程抄表系统2).控制设备中传送速度的测量3).无刷直流电机的旋转和速度控制4).在工程中测量转动速度和其他机械上的自动化应用5).转速仪、速度表以及其他转子式计量装置2.H1系列霍尔式交流大电流传感器1).厂品说明：品牌:汇博型号:CDLH-J1H13；BDLH-J2H13;BDLH-J4aH13 测量范围:4K-100KA AC 测量精度:±1.0 精度等级:1.0 频率:5-10K （Hz）尺寸:订制（mm）重量:15（kg）适用范围:用于电解、电镀、冶金、氯碱、化工等行业，对直流大电流进行测量。
2).霍尔效应隔离型传感器/变送器主要特点：1> 采用霍尔效应原理，直检式测量；2> 高精度、低功耗、性价比高；3> 线性测量范围：0～120%标称输入；4> 频响：5Hz～10KHz；5> 额定环境温度：-10~+70℃；6> 隔离电压：>3 KVDC，1分钟；7> 过载能力：30倍标称输入，持续5秒；8> 平均无故障工作时间>5万小时；9> 多种输出类型及安装结构任选；10>可订制真有效值变换输出产品；11>2KA以上电流壳体按用户要求订制。
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l
霍尔效应原理图
d
当电子所受洛伦磁力与霍尔电场作 用力大小相等方向相反，即
e EH = e B v EH = v B
此时电荷不再向两侧面积累，达到 平衡状态。
若金属导电板单位体积内电子数为 n，电子定向运动平均速度为v，则激励
电流 I=n e v b d ，即
I v nebd
B
－ － －－ － － － －
霍尔电势正比于激励电流 I 及磁感
应强度 B ， 霍尔片的灵敏度与霍尔系数RH 成正比，
与霍尔片厚度 d 成反比。
为了提高灵敏度，霍尔元件常制成
薄片形状。
霍尔元件激励极间电阻： R=ρl/(bd)，
R=U/I=El/I=vl/(μnevbd)＝ l/μne b d
（因为μ=v/E, μ为电子迁移率），则
l bd nebd
l
l bd nebd
1 ne
1 ne
l
解得
RH =μρ
霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率 与电子迁移率μ的乘积。
若要增强霍尔效应，则希望有较大
的霍尔系数RH ，因此要求霍尔片材料有 较大的电阻率和载流子迁移率。
一般金属材料的载流子迁移率很高，
激励电极间的电阻值称为输入电阻。
出电阻。
确定以上电阻值的条件：
磁感应强度为零Leabharlann 环境温度在20℃±5℃（3）不等位电势和不等位电阻
当霍尔元件的激励电流为 I 时，若 元件所处位置 B 为零， 则它的霍尔电势 应该为零， 但实际不为零。 这时测得的空载霍尔电势称为不等 位电势。
A I C B D
图7-10 霍尔元件 （a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，
引出四根引线：
1、 1′两根引线加激励电压或电流， 称激励电极（控制电极）； 2、 2′引线为霍尔输出引线， 称霍 尔电极。
霍尔元件的壳体材料：
非导磁金属
陶瓷 环氧树脂封装。
3. 霍尔元件基本特性
(1) 额定激励电流和最大允许激励电流
图7-11 不等位电势示意图
产生这一现象的原因：
① 霍尔电极安装位置不对称或不在 同一等电位面上；
② 半导体材料不均匀造成了电阻率
不均匀或是几何尺寸不均匀；
③ 激励电极接触不良造成激励电流
不均匀分布等。
不等位电势也可用不等位电阻表示，
U0 r0 I
U0——不等位电势； r0——不等位电阻； I——激励电流。
此时，每个电子受洛伦兹力作用，
fl = e B v
e ——电子电荷；
v ——电子运动平均速度；
B ——磁场的磁感应强度。
此时电子除了沿电流反方向作定向
运动外，还在 fl 的作用下漂移。
而外侧面积累正电荷，从而形成了附加
结果使金属导电板内侧面积累电子，
内电场 EH ， 称霍尔电场。
霍尔电场的出现，使定向运动的电
7.2 霍尔式传感器
7.2.1 霍尔效应及霍尔元件 1. 霍尔效应
B
－ － －－ － － － －
fl fE EH I
b
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
l
霍尔效应原理图
d
置于磁场中的静止载流导体，当它
的电流方向与磁场方向不一致时，载流
导体上平行于电流和磁场方向上的两个
面之间产生电动势。
这种现象称霍尔效应。 该电势称霍尔电势。
但电阻率很小；
绝缘材料的电阻率极高，但载流子 迁移率极低；
只有半导体材料才适于制造霍尔片。
目前常用的霍尔元件材料有： 锗
硅
砷化铟
锑化铟等半导体材料。
N型锗容易加工制造，其霍尔系数、
温度性能和线性度都较好。
N型硅的线性度最好，其霍尔系数、
温度性能同N型锗。
锑化铟对温度最敏感，尤其在低温
范围内温度系数大，但在室温时其霍尔
不等位电势就是激励电流流经不等 位电阻 r0 所产生的电压。
(4）寄生直流电势 在外加磁场为零、霍尔元件用交流 激励时，霍尔电极输出除了交流不等位 电势外， 还有一直流电势， 称为寄生直流电势。
寄生直流电势产生的原因： ① 激励电极与霍尔电极接触不良， 形成非欧姆接触，造成整流效果； ② 两个霍尔电极大小不对称，则两 个电极点的热容不同，散热状态不同而 形成极间温差电势。
当霍尔元件自身温升10℃ 时所流过 的激励电流称为额定激励电流。
以元件允许最大温升为限制所对应 的激励电流称为最大允许激励电流。
因霍尔电势随激励电流增加而线性
增加，所以使用中希望选用尽可能大的
激励电流，因而需要知道元件的最大允 许激励电流。 改善霍尔元件的散热条件，可以使 激励电流增加。
(2）输入电阻和输出电阻 霍尔电极输出电势对电路外部来说 相当于一个电压源，其电源内阻即为输
fl fE EH I
b
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
l
霍尔效应原理图
d
EH
IB vB＝ nebd
IB 1 IB ned ne d
UH
式中令 RH=1/ne ，称之为霍尔常数，
其大小取决于导体载流子密度, 则
UH
RH IB K H IB d
KH=RH/d 称为霍尔片的灵敏度。
寄生直流电势一般在1mV以下，
它是影响霍尔片温漂的原因之一。
（5） 霍尔电势温度系数
在一定 B 和 I ，温度每变化1℃时，
霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温 度系数。 它同时也是霍尔系数的温度系数。
4. 霍尔元件不等位电势补偿 不等位电势与霍尔电势具有相同的
数量级，有时甚至超过霍尔电势，
而实用中要消除不等位电势是极其 困难的，因而必须采用补偿的方法。
等位电势 U0 为 0 。
实际上，由于A、 B电极不在同一
等位面上，四个电阻阻值不相等，电桥 不平衡，不等位电势不等于零。
此时可根据A、 B两点电位的高低， 判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，
使电桥达到平衡，从而使不等位电势为
零。
RP
RP RP (a) (b ) (c) R (d )
RP
不等位电势补偿电路
RP
(a)
RP
(b )
图（a）、（b）为常见的补偿电路。
RP (c)
图（ b ）、（ c ）相当于在等效电
桥的两个桥臂上同时并联电阻。
RP R (d )
图（d）用于交流供电的情况。
系数较大。 砷化铟的霍尔系数较小，温度系数 也较小，输出特性线性度好。
表7-1为常用国产霍尔元件的技术参数。
表7-1 常用国产霍尔元件的技术参数
2. 霍尔元件的基本结构
霍尔元件的结构简单，
由三部分组成: 霍尔片 四根引线 壳体。
1 2 1 1′ 2′ 1 H 2′
1′
1
2
2
1 、1 ′—激励电极；2 、2 ′—霍尔电极
子除了受洛伦兹力作用外，还受到霍尔
电场力的作用，其力的大小为e EH ，此
力阻止电荷继续积累。 随着内、外侧面积累电荷的增加，
霍尔电场增大，电子受到的霍尔电场力
也增大；
该电场强度为
EH
UH b
UH 为电位差。
B
－ － －－ － － － －
fl fE EH I
b
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
霍尔元件可等效为一个电桥，用分
析电桥平衡来补偿不等位电势。
r1
A
r3
C
r2 B
r4
D
图7-12 霍尔元件的等效电路
A、 B为霍尔电极，
C、 D为激励电极，
电极分布电阻分别用 r1 、 r2 、 r3 、 r4 表示，
把它们看作电桥的四个桥臂。
理想情况下，电极A、B处于同一等
位面上， r1= r2= r3= r4 ，电桥平衡，不