第八章 霍传感器

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第八章 检测技术的基础——霍尔传感器

第八章 检测技术的基础——霍尔传感器
1.开关型集成块 主要由霍尔元件,放大器,
施密特触发器,输出电路所 构成。 放大器采用差分式,利于
抗干扰; 施密特触发器是常用的限位
电平翻转的电路; 输出电路采用集电极开路方式(2,
3脚)。
2.线性集成块
放大器采用三运放组成精密电桥放大器,具有强大的抗干扰 能力。考虑到需要线性输出,有的器件内部安排了线性补偿电路。
角位移
3
2
1
7—14 角位移测量仪结构示意图
1—极靴 2—霍尔器件 3—励磁线圈
角度和电势变化正比,但不是线性,必须采用特定形状的磁极
位移
在磁场强度相同而极性相反的两个磁铁气隙中放置一 个霍尔元件。当元件的控制电流I恒定不变时,霍尔电 势方V 向H的与变磁化感梯应度强d度B dBx成为正一比常。数若则磁当场霍在尔一元定件范沿围x内方沿向x 移动时,VH 的变化为:
三.霍尔片的电路补偿
1.不等位电势的补偿:
不对称电路简单,而对称补偿的温度稳定性要好些
2.温度补偿
霍尔元件一般为半导体材料制成,许多参数都会受到温度的影响.例如迁移率、电 阻率都受到温度变化而明显变化。由此引起灵敏度,输入电阻,输出电阻都发 生相应变化.为了保证测量精度,有必要采取补偿措施。
(1)恒流源分压电阻法:
霍尔元件是半导体四端薄片,一般做成正方形,在薄片的相对两侧对称的悍上两对电极 引出线(一对称激励电流端,另一对称霍尔电势输出端)
霍尔元件实测
演示视频
二、霍尔片的主要技术指标
1.额定激励电流IH:
霍尔元件温升10C所焦耳热W.
Wj
I 2R
I 2
的测量以及自动控制。归纳起来,霍尔传感器主要有下列三 个方面的用途:
①维持I、a不变,则E=f(B),在这方面的应用有:测量

《传感器技术与应用》课件第八章霍尔传感器

《传感器技术与应用》课件第八章霍尔传感器

霍尔传感器的优缺点Fra bibliotek优点• 精度高 • 抗干扰强 • 无需接触 • 易于组装 • 稳定性好
缺点
• 灵敏度受工作条件影响 • 温度漂移 • 过渡范围小 • 工艺要求高 • 价格高
结论和总结
霍尔传感器作为一种新型传感器,它小巧易用,操作响应快,精度高,形象直观,无触点、寿命长等优 点——同时也具有一定的设计和工艺问题。它已经成功应用于各种领域,如工业自动化、医疗电子、汽车 电子、消费类电子等,可以说它的应用前景广阔。
1
车辆速度测量
通过霍尔传感器感知车轮旋转,检测出
电能计量
2
汽车行驶的速度。
通过霍尔传感器测量电流,实现对电能
表的感测,用来记录消费者用电量并通 过该数据进行电费统计。
3
工业领域无触点开关
通过交流磁场及霍尔效应,实现磨损少、 寿命长、反应速度快的高频开关,具有 广泛的应用前景。
常见的霍尔传感器应用案例
《传感器技术与应用》课 件第八章霍尔传感器
本章将全面介绍霍尔传感器的原理和分类,探讨它在实际应用中的作用和优 缺点,以及常见的应用案例。
霍尔效应的原理
霍尔效应是指将有电子通过的金属中产生横向磁场时,电子运动方向会受到磁场作用力的影响而发生偏转现象。 应用了霍尔效应后可以通过电磁场的变化来测量探测位置、速度、角度、电流等物理量。
Mining Conveyor Belt
霍尔传感器被应用在采矿行业的 传送带系统,实时检测重量、速 度、位置等信息。
Roofing Nail Gun
霍尔元件探测钉击打的磁场脉冲 信号来计数,计量钉击的时间、 频率、数量等。
Automotive Transmission
使用霍尔传感器来实现自动变速 器的控制,实现自动挡、手动挡 的自动换挡功能。

霍尔传感器简介

霍尔传感器简介

量 出 磁场 就可 确定 导线 中 电 流 的 大 小 利 用
,
如图
所示 其 中
,
,

为 工作点 开 的磁



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
,
感 应 强 度 旧 即 为 释 放 点 关 的 磁 感应 强 度
家霍 尔 于
年 研究 载 流 导 体在 磁 场 中受 力
受检测 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
, , 、 ,
,
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

物出

二 霍尔 传 感 器 的分 类
霍 尔 传感 器 分 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
,

式中
,
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


传 感器
霍尔 传感 器也 称为霍 尔集 成 电 路 其外 形 较小 如 图

霍尔传感器的原理及应用

霍尔传感器的原理及应用

霍尔效应的原理霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。

由霍尔效应的原理知,霍尔电势的大小取决于:Rh为霍尔常数,它与半导体材质有关;IC为霍尔元件的偏置电流;B为磁场强度;d为半导体材料的厚度。

对于一个给定的霍尔器件,Vh将完全取决于被测的磁场强度B。

一个霍尔元件一般有四个引出端子,其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端,另两根是霍尔电压的输出端。

如果两输出端构成外回路,就会产生霍尔电流。

一般地说,偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出;若精度要求高,则基准电压源均用恒流源取代。

为了达到高的灵敏度,有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金;这类传感器的霍尔电势较大,但在0.05T左右出现饱和,仅适用在低量限、小量程下使用。

近年来,由于半导体技术的飞速发展,出现了各种类型的新型集成霍尔元件。

这类元件可以分为两大类,一类是线性元件,另一类是开关类元件。

线性霍尔元件的原理UGN350lT是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。

它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。

用UGN350lT可以十分方便地组成一台高斯计。

其使用十分简单,先使B=0,记下表的示值VOH,再将探头端面贴在被测对象上,记下新的示值VOH1。

ΔVOH=VOH1-VOH,如果ΔVOH>0,说明探头端面测得的是N极;反之为S极。

UGN3501T的灵敏度为7V/T,由此即可测出相应的被测磁感应强度B。

如果采用数字电压表(DVM),可得图1所示的线性高斯计。

霍尔传感器ppt

霍尔传感器ppt

a
4
a
5
1 2 3 4
a
6
实验目的
基本测试电路
基本测试电路
• 在一定的工作电流I下,霍 尔电压U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。
B UH K H IS
• 在一定的外磁场中,霍尔
电压U与通过霍尔片的电流
强度I(工作电流)成正比
。这就霍尔效应检测电流
的原理。
a
IS
UH BK H
验证方法:按上图连接电路,但霍尔片不置于磁场中,霍尔电压 经差动放大器接入示波器,调节W1、W2观察波形是否变化。
a
11
实验步骤
(1)将霍尔磁场固定在振动盘上,调节振动盘与霍尔片之间的位置, (不可有任何接触,以免将霍尔传感器损坏。)装上并调节测微头 与振动盘吸合,使霍尔片刚好处于磁场的中间位置;
②霍尔元件右移, Δx>0, 合成磁感应强度B向 左,B≠0, UH>0
③霍尔元件左移,Δx<0,合成磁感应强度B 向右,B≠0,UH<0。
a
16
讨论
霍尔效应建立的时间极短(10-12~10-14S),I 即可以是直流,也可 以是交流。但交流情况下输出的信号也是一定频率、振幅的交流信号。
那么我们这里对交流激励霍尔传感器静态位移特性研究的 意义在哪呢?
a
14
分析与讨论
根据测得的数据在matlab软件中画出U-X曲线如图,其中直线为数据拟
合曲线。灵敏度S是指传感器的输出量增量ΔU 与引起输出量增量ΔU的
输入量增量ΔX的比值, 即
△S=△U/△X=-0a.0021(v/mm)
15
霍尔式位移特性解释
U H kx

B8霍尔式传感器原理及应用课件

B8霍尔式传感器原理及应用课件
——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器
The End
•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力 •霍尔元件的特点:
结构简单可靠 体积小 噪声低 动态范围大(输出电压变化范围可达1000:1) 频率范围宽(从直流到微波频段) 寿命长 价格低
•可以广泛应用于测量: 位移 可转化为位移的力和加速度 磁场变化
•应用中不用永久磁铁产生的磁场,而是用一个可变电流作激磁的 可变磁场,输出电压就决定于控制电流和激磁电流的乘积
霍尔传感器的结构
•片芯是一块矩形半导体薄片 一般采用N形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟等
•长边两侧面焊有两根控制电流极引线,短边两侧面的中点焊以两导线 输出霍尔电势
•霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装
霍尔元件的基本电路
VH KH IB sin
•R为调节电阻,调节控制电流的大小 •VH 两端为霍尔电势输出端
(3-48)
•在磁场和控制电流的作用下,输出端有电压输出 •使用时,I 和 B 都可作为输入信号,输出信号正比于两者的乘积 •建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) •所测外界信号频率可以很高
•霍尔元件可制成位移传感器 •霍尔元件置于两相反方向的磁场中 •在a、b两端通入控制电流 i •左半产生的霍尔电势VH1和右半产生的霍尔电势VH2方向相反 •c,d两端输出电压是VH1-VH2,若使初始位置时VH1=VH2,则输出电压为零。 •当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时,可得到输出电压VH=VH1-VH2,且 ΔVH数值正比于位移量Δx,正负方向取决于位移Δx的方向 •霍尔元件传感器既能测量位移的大小,又能鉴别位移的方向
该现象称为霍尔效应,所产生的电动势 VH 称为霍尔电势

霍尔传感器(HallSensor)分类和工作原理及其应用

霍尔传感器(HallSensor)分类和工作原理及其应用

霍尔传感器(HallSensor)分类和工作原理及其应用一,霍尔传感器(Hall Sensor)分类单极霍尔开关、双极霍尔开关、全极霍尔开关、无极霍尔开关、贴片霍尔开关、玩具霍尔开关、插件霍尔开关二,霍尔传感器(Hall Sensor)工作原理什么是霍尔传感器?霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

霍尔电压随磁场强度的变化而变化,磁场越强,电压越高,磁场越弱,电压越低,霍尔电压值很小,通常只有几个毫伏,但经集成电路中的放大器放大,就能使该电压放大到足以输出较强的信号。

若使霍尔集成电路起传感作用,需要用机械的方法来改变磁感应强度。

霍尔效应传感器属于被动型传感器,它要有外加电源才能工作,这一特点使它能检测转速低的运转情况。

直流电机在转动过程中,绕组中的电流要不断地改变方向,以使转子向一个方向转动。

其中,有刷电机是采用电刷与换相器通过机械接触的方式进行换相的。

所以电刷在高速转动的时候会产生很大磨损,需要经常清理碳屑,如果电刷完全磨损了需要更换电刷,这都使得有刷电机的使用保养难度大大增强。

而无刷电机则是通过霍尔传感器检测出绕组实时运转位置的信号,再通过微处理器或专用芯片对采集的信号进行处理,并实时控制相应的驱动电路对电机绕组进行控制。

由于无刷电机的换相是通过传感器及相关电路进行的,所以无刷电机没有电刷与换相器的机械接触与磨损,不需要经常换电刷等易损器件,从而可有效提高电机的使用寿命,减少维修费用。

手机中的霍尔传感器(Hall Sensor),作用原理是霍尔磁电效应,当电流通过一个位于磁场中的导体时,磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力,从而在导体的两端产生电势差。

主要运用在翻盖解锁、合盖锁定屏幕等功能当中。

玩具用双输出霍尔开关DH482DH482是由混合信号CMOS工艺制造的霍尔IC,元件内部采用先进的斩波稳定技术,因而能提供准确和稳定的磁转换点。

DH482有两个输出,输出1对S极敏感,输出2对N极敏感。

霍尔传感器(精)

霍尔传感器(精)

式中,UHt为温度为t时的霍尔电压;UH0为0时的霍尔电压;Rvt为温度 为t时的输出电阻;Rv0为0时的输出电阻。负载RL上的电压UL为
UL=[UH0(1+α t) ] RL/[Rv0(1+β t)+RL]
(6-2-15)
为使UL不随温度变化,可对式(6-2-15)求导数并使其等于零,可得
RL/Rv0≈β /α -1≈β /α

v I nqbd
(6-2-5)
将式(6-2-5)代入式(6-2-3),得到
UH

1 nqd
IB

RH
IB d

K H IB
(6-2-6)
式中RH为霍尔系数,它反映材料霍尔效应的强弱,RH

1 nq

KH为霍尔灵敏度,它表示一个霍尔元件在单位控制电流和
单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小,KH=RH/d,它
设霍尔元件的输入电阻为Ri,当输入控制电流I时,元件
的功耗Pi为
Pi

I 2R

I2
l
bd
(6-2-9)
式中,ρ 为霍尔元件的电阻率。
设霍尔元件允许的最大温升为Δ T,相应的最大允许控制 电流为Icm时,在单位时间内通过霍尔元件表面逸散的热量应
等于霍尔元件的最大功耗,即
Pm

I
2 cm
l bd

2 AlbT
(6-2-10)
式中,A为散热系数W/(m2C)。上式中的2lb表示霍尔片的上、
下表面积之和,式中忽略了通过侧面积逸散的热量。
这样,由上式便可得出通过霍尔元件的最大允许控制电流为
Icm b 2AdT / (6-2-11)

霍尔传感器的作用

霍尔传感器的作用

霍尔传感器的作用1 霍尔传感器:重要和多样化的应用霍尔传感器(Hall effect sensor)是一种能够利用霍尔效应来检测液体、气体、金属磁场等各种物体的物理、电学和磁学性质的传感器,是一种重要而多样化的应用集成传感器。

在行业应用方面,霍尔传感器是机器人自动控制应用的一个完美补充,它可以检测到旋转角度或位移变化的范围。

2 霍尔效应霍尔效应是由劳伦斯·沃尔夫拉姆·霍尔于1879年发现的,由一个金属在磁场中的曲线变化引起的电场效应。

它的根源来自电子如果在磁场中流动则会感应到磁场力,而这种效应就由此得名。

具体来说,当一个金属物体位于一个磁场中时,当磁场大小发生变化,此金属物体就会产生电流,这就是霍尔效应。

3 应用霍尔传感器由于具有简单、易制作、高精度等优点,广泛用于工业自动化、机器人控制技术、汽车电子和航空航天、电力系统、数控系统以及测试仪器等近代各个领域,而其应用绝不像是普通的传感器那样只有几个应用,而是十分复杂的功能:(1)用作位移传感器,可以测量静止目标的位移;(2)用作旋转角度传感器,可以测量旋转物体的位置;(3)作为速度传感器,可以测量物体移动的速度;(4)可以监测边界定位,可以检测目标的边界位置;(5)可以作为穿梭运动的磁盘分布感应装置,实现检测允许穿梭反应的情况;(6)可以监测火焰,用于检测周围的火焰的状态;(7)可以监测容器内液体的高度,用于检测容器内液体的实时高度;(8)可以监测空气流量,可以监测油门程度;4 优点就性能而言,霍尔传感器具有体积小巧,振动补偿性能好,高精度,可靠性高,耐久性强,受磁场影响小等特点。

与其他传感器相比,霍尔传感器在受环境温度的变化影响较小,允许的功耗比较低等特点,让它得以占据技术市场份额。

从应用上讲,由于霍尔传感器所需的部件较少,所使用的电源较低,具有成本低,节能环保的特点,在某些低功耗恒定位置检测中很有价值。

从工程上来讲,霍尔传感器分为绝缘式和导电式,在设计上有极大的灵活性,也非常容易安装和调试,无需拆卸主机模块即可进行安装,使用很方便。

霍尔PPT

霍尔PPT

产品名称:TKC-G系列霍尔电流 产品介绍:传感器 TKC-G系列电流 传感器的初、次级之间是绝缘的, 可用于测量直流、交流和脉冲电流. 详细信息
产品型号: TKC-F系列霍尔电流传感器 产品介绍:逆变电焊机,仪器仪表,变 频器用,测量范围0~3000A 详细信息
15
产品型号: TKC-EKA系列霍尔可拆卸电流传 感器 产品介绍:TKC-EKA系列霍尔可拆卸电流传 感器是应用霍尔效应原理开发的新一代电流 传感器,能在电隔离条件下测量直流、交流、 脉冲以及各种不规则波形的电流。 详细信息 产品型号: TKC-EA系列霍尔电流传感器 产品介绍:TKC-EA系列霍尔电流传感器是应用 霍尔效应原理开发的新一代电流传感器,能在 电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种 不规则波形的电流
产品型号:霍尔电流传感器CSM600FA系列 典型应用:交流可变速牵引电机牵引,直流电机牵 引的静电转换,电焊机电源不间断电源、开关电源 、通信电源、电池电源 产品介绍:应用霍尔效应的闭环电流传感器,电 流在原边回路和副边回路之间高度绝缘,可用于 测量直流、交流,脉冲以及各种不规则波形的电 流。 详细信息
产品名称:CE-IZ04-**D型霍尔电流传感器 产品介绍; 用于测量直流、交流、脉冲 电流等,副边真实反映原边波形。 详细信息
22
产品名称:CE-IZ04-**E型霍尔电流传感器 产品介绍; 用于测量直流、交流、脉冲电 流等,副边真实反映原边波形。注:E4、 5(10mA-10A)产品主要用于电流差值测 量、漏电监控系统 。 详细信息 产品名称:磁平衡霍尔电流隔离传感器THV THI 产品介绍;利用隔离原理,耐压高。 详细信息
20
产品名称: PAS-HIB200霍尔电流传感器 产品介绍;交直流,脉冲电流均可测量, 反应时间快,全量程范围内极高的线性度 ,盘式安装。 详细信息 产品名称:CE-IZ04-**B型霍尔电流传感器 产品介绍;用于测量直流、交流、脉冲 电流等,副边真实反映原边波形。 详细信息

传感器原理与应用习题课后答案_第2章到第8章

传感器原理与应用习题课后答案_第2章到第8章

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材:传感器技术(第3版)贾伯年主编,及其他参考书第2章 电阻式传感器2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同?试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。

答:(1)相同点:它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导致材料的电阻发生变化所;不同点:金属材料的应变效应以机械形变为主,材料的电阻率相对变化为辅;而半导体材料则正好相反,其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。

(2)对于金属材料,灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。

前部分为受力后金属几何尺寸变化,一般μ≈0.3,因此(1+2μ)=1.6;后部分为电阻率随应变而变的部分。

金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。

对于半导体材料,灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。

前部分同样为尺寸变化,后部分为半导体材料的压阻效应所致,而πE>>(1+2μ),因此K0=Ks=πE 。

半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。

2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑,应该如何正确选择和使用应变计?在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时,还需考虑什么因素?2-3 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。

答:电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成:前部分为热阻效应所造成;后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。

在工作温度变化较大时,会产生温度误差。

补偿办法:1、温度自补偿法 (1)单丝自补偿应变计;(2) 双丝自补偿应变计2、桥路补偿法 (1)双丝半桥式;(2)补偿块法2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。

答:原因:)(211)(44433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ∆+∆+∆+∆+∆-∆+∆-∆=∆ 上式分母中含ΔRi/Ri ,是造成输出量的非线性因素。

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第八章霍尔传感器课题:霍尔传感器的原理及应用课时安排:2 课次编号:12 教材分析难点:开关型霍尔集成电路的特性重点:霍尔传感器的应用教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理;2、了解霍尔集成电路的分类;3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性;4、掌握霍尔传感器的应用。

采用教学方法和实施步骤:讲授、课堂互动、分析教具:各种霍尔元件、霍尔传感器各教学环节和内容演示1:将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出端,正极接V cc端。

在没有磁铁靠近时,OC门截止,蜂鸣器不响。

当磁铁靠近到一定距离(例如3mm)时,OC门导通,蜂鸣器响。

将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离(例如5mm)时,OC门再次截止,蜂鸣器停响。

演示2:将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯,通入0.1~1A电流,观察霍尔IC的输出电压的变化,基本与输入电流成正比。

从以上演示,引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。

第一节霍尔元件的工作原理及特性一、工作原理金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流I流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E H,这种现象称为霍尔效应(Hall Effect),该电动势称为霍尔电动势(Hall EMF),上述半导体薄片称为霍尔元件(Hall Element)。

用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器(Hall Transducer)。

图8-1霍尔元件示意图a)霍尔效应原理图b)薄膜型霍尔元件结构示意图c)图形符号d)外形霍尔属于四端元件:其中一对(即a、b端)称为激励电流端,另外一对(即c、d端)称为霍尔电动势输出端,c、d端一般应处于侧面的中点。

由实验可知,流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强,霍尔电动势也就越高。

霍尔电动势E H可用下式表示E H=K H IB(8-1)式中K H——霍尔元件的灵敏度。

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,这时的霍尔电动势为E H=K H IB cosθ(8-2)从式(8-2)可知,霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比,且当B的方向改变时,霍尔电动势的方向也随之改变。

如果所施加的磁场为交变磁场,则霍尔电动势为同频率的交变电动势。

目前常用的霍尔元件材料是N型硅,霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。

二、主要特性参数(1)输入电阻R i恒流源作为激励源的原因:霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。

它的数值从几十欧到几百欧,视不同型号的元件而定。

温度升高,输入电阻变小,从而使输入电流I ab变大,最终引起霍尔电动势变大。

使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。

(2)最大激励电流I m激励电流增大,霍尔元件的功耗增大,元件的温度升高,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。

提问:霍尔原件的最大激励电流I m为宜。

A.0mA B.±0.1 mA C.±10mA D.100mA(4)最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时,霍尔电动势的非线性误差将明显增大,B m的数值一般小于零点几特斯拉。

提问:为保证测量精度,图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。

A.0T B.±0.10T C.±0.15T D.±100Gs第二节霍尔集成电路霍尔集成电路(又称霍尔IC)的优点:体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。

霍尔集成电路的分类:线性型和开关型两大类。

线性型的内部电路:霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上,输出电压为伏级,比直接使用霍尔元件方便得多。

开关型霍尔集成电路的内部电路:霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门(集电极开路输出门)等电路做在同一个芯片上。

当外加磁场强度超过规定的工作点时,OC门由高阻态变为导通状态,输出变为低电平;当外加磁场强度低于释放点时,OC门重新变为高阻态,输出高电平。

图8-2线性型霍尔集成电路a)外形尺寸b)内部电路框图图8-3线性型霍尔集成电路输出特性图8-4开关型霍尔集成电路a)外形尺寸b)内部电路框图图8-5开关型霍尔集成电路的史密特输出特性注:1特斯拉(T)=104高斯(Gs)提问:磁铁从远到近,逐渐靠近图8-5所示的开关型霍尔IC,问,多少高斯时,输出翻转?成为什么电平?表8-1具有史密特特性的OC门输出状态与磁感应强度变化之间的关系B/T OC门输出状态OC门接法磁感应强度B的变化方向及数值0 →0.02 →0.023 →0.03 →0.02 →0.016 →0接上拉电阻R L高电平①高电平②低电平低电平低电平③高电平高电不接上拉电阻R L高阻态高阻态低电平低电平低电平高阻态高①:OC门输出的高电平电压由V CC决定;②、③:OC门的迟滞区输出状态必须视B的变化方向而定.第三节霍尔传感器的应用霍尔电动势是关于I、B、θ三个变量的函数,即E H=K H IB cosθ,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,三个变量的多种组合等。

1)维持I、θ不变,则E H=f(B),这方面的应用有:测量磁场强度的高斯计、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。

2)维持I、B不变,则E H=f(θ),这方面的应用有角位移测量仪等。

3)维持θ不变,则E H=f(IB),即传感器的输出E H与I、B的乘积成正比,这方面的应用有模拟乘法器、霍尔功率计、电能表等。

1.角位移测量仪角位移测量仪结构示意图如图8-8所示。

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E H就反映了转角θ的变化。

图8-8角位移测量仪结构示意图1-极靴2-霍尔器件3-励磁线圈发散性思维:将图8-8的铁芯气隙减小到夹紧霍尔IC的厚度。

则B正比于U i,霍尔IC的U o正比于B,可以改造为霍尔电压传感器。

与交流互感器不同的是:可以测量直流电压,如右图所示。

4.霍尔接近开关在第四章里,曾介绍过接近开关的基本概念。

用霍尔接近开关也能实现接近开关的功能,但是它只能用于铁磁材料,并且还需要建立一个较强的闭合磁场。

霍尔接近开关应用示意图如图图8-12所示。

在图8-12b中,磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。

当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时,霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平,经驱动电路使继电器吸合或释放,控制运动部件停止移动(否则将撞坏霍尔接近开关)起到限位的作用。

图8-12霍尔接近开关应用示意图a)外形b)接近式c)滑过式d)分流翼片式1-运动部件2-软铁分流翼片提问:b)接近式c)滑过式哪一种不易损坏?为什么?在图8-12d中,磁铁和霍尔接近开关保持一定的间隙、均固定不动。

软铁制作的分流翼片与运动部件联动。

当它移动到磁铁与霍尔接近开关之间时,磁力线被屏蔽(分流),无法到达霍尔接近开关,所以此时霍尔接近开关输出跳变为高电平。

改变分流翼片的宽度可以改变霍尔接近开关的高电平与低电平的占空比。

发生性思维:电梯“平层”如何利用分流翼片的原理?霍尔传感器的其他用途:霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔电能表、霍尔高斯计、霍尔液位计、霍尔加速度计等。

5.霍尔电流传感器能够测量直流电流,弱电回路与主回路隔离,能够输出与被测电流波形相同的“跟随电压”,容易与计算机及二次仪表接口,准确度高、线性度好、响应时间快、频带宽,不会产生过电压等。

(1)工作原理 用一环形(有时也可以是方形)导磁材料作成铁心,套在被测电流流过的导线(也称电流母线)上,将导线中电流感生的磁场聚集在铁心中。

在铁心上开一与霍尔传感器厚度相等的气隙,将霍尔线性IC 紧紧地夹在气隙中央。

电流母线通电后,磁力线就集中通过铁心中的霍尔IC ,霍尔IC 就输出与被测电流成正比的输出电压或电流。

霍尔电流传感器原理及外形如图8-13所示。

图8-13 霍尔电流传感器原理及外形a )基本原理b )外形1-被测电流母线 2-铁心 3-线性霍尔IC(2)技术指标及换算 霍尔电流传感器可以测量高达2000A 的电流;电流的波形可以是高达100kHz 的正弦波和电工技术较难测量的高频窄脉冲;它的低频端可以一直延伸到直流电;响应时间小于1µs ,电流上升率(d i /d t )大于200A/μs 。

被测电流称为一次测电流I P ,将霍尔电流传感器的输出电流称为“二次侧电流” I S (霍尔传感器中并不存在二次侧)。

“匝数比”概念:I S /I P 和N P /N S 。

在霍尔电流传感器中,N P 被定义为“一次测线圈”的匝数,一般取N P =1;N S 为厂家所设定的“二次侧线圈的匝数”。

因此有:PS S P I I N N (8-3) 依据霍尔电流传感器的额定技术参数和输出电流I S 以及式(8-3),就可以计算得到被测电流。

如果将一只负载电阻R S 并联在 “二次侧”的输出电流端,就可以得到一个与“一次测电流”(被测电流)成正比的、大小为几伏的电压输出信号。

隔离作用:霍尔电流传感器的“一次测”与“二次侧”电路之间的击穿电压可以。

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