霍尔传感器

若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用 霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控 制刹车力的大小。
3.4.3 霍尔传感器的应用
霍尔元件
磁铁
霍尔转速表的其他安装方法
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。
3.4.3 霍尔传感器的应用
图4-5-11 恒流源温度补偿电路
R0 r0
图4-5-12 恒压源温度补偿电路
3.4.4 测量误差及补偿办法
(3) 合理选取负载电阻 RL 的阻值
(4) 采用温度补偿元件
b RL R00 ( 1) a
1°补偿负温度系数霍尔输出，即 2°补偿正温度系数霍尔输出，即 (5) 不等位电压 U0 的温度补偿
n 60
线性霍尔
22
N
S
磁铁
3.4.3 霍尔传感器的应用
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件， 可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平； 反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
3.4.3 霍尔传感器的应用
带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
钢质
霍尔
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用
无刷电动机在电动自行车上的应用
3.4.3 霍尔传感器的应用
利用 PWM 调速
去速度 控制器
电动自行车的无刷电动机及控制电路
3.4.3 霍尔传感器的应用
光驱用的无刷电动机内部结构
3.4.3 霍尔传感器的应用
豁口
应用实例6、 霍尔钳形电流表
压舌
霍尔钳形电流表（交直流两用）
3.4.3 霍尔传感器的应用
3.4.3 霍尔传感器的应用
当磁铁的有效磁极接近、 并达到动作距离时，霍尔 式接近开关动作。霍尔接 近开关一般还配一块钕铁 硼磁铁。
3.4.3 霍尔传感器的应用
f n= 60 4
霍尔式接近开关用于转速测量演示
(r/min)
T
软铁分流翼片
开关型霍尔IC
3.4.3 霍尔传感器的应用
应用实例2、霍尔特斯拉计(高斯计)
(3) 霍尔传感器动态性能好。
例4.5-1 P125
3.4.3 霍尔传感器的应用
1、利用 U H 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 2、利用 U H 与 B 的关系
可用于测量磁场及可 转换为磁场的其它物理量
UH ~ B
图4-5-7 霍尔式钳形电流表
B K B I x U0 KH IB KH KB II x KI x (K KH KB I )
3.4.3 霍尔传感器的应用
电动自行车
无刷电动机
可充电 电池组
无刷电动机在电动自行车上的应用
3.4.3 霍尔传感器的应用
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。
霍尔电极(长边端面)引线2、2' 封装外壳 — — 陶瓷或环氧树脂 返回首页
3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
2、电路部分
(1) 基本电路 (2) 霍尔元件的输出电路 线性应用、开关应用
(3) 输出叠加连接方式
直流供电、交流供电
图4-5-3 霍尔电压的基本测量电路
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3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
霍尔元件
3.4.3 霍尔传感器的应用
霍尔元件
磁铁
霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
3.4.3 霍尔传感器的应用
测量铁心 气隙的B值 霍尔元件
霍尔传感器用于测量磁场强度
3.4.3 霍尔传感器的应用
应用实例3、霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中 的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的 转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输 出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转 速。 f
KH 0 (1 t ) r r0 (1 t ) R R0 (1 t ) 输入回路并联电阻为 R r0 0
设 KH

一般δ很小，可忽略不计，且α<<β，故有
R0 r0
3.4.4 测量误差及补偿办法
(2) 采用恒压源和输入回路串联电阻
件，所以存储在点火
线圈铁心中的磁场能 量在高压侧感应出 30~50kV的高电压。 a）电路
汽车电子点火电路及波形
b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形
1—点火开关 2—达林顿晶体管功率开关 3—点火线圈低压侧 4—点火线圈铁心 5—点火线圈高压侧 6—分火头 7—火花塞
3.4.3 霍尔传感器的应用
磁铁
可进行乘法运算或功率测量
3.4.3 霍尔传感器的应用
图4-5-8 霍尔式功率变换器原理
3.4.3 霍尔传感器的应用
应用实例1、霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的
开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，
开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关 内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体 存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检 测对象必须是磁性物体。
模块三 传感器原理及检测实训
霍尔传感器
浙江经济职业技术学院
徐文
3.4 霍尔传感器
3.4.1 霍尔效应
3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
3.4.3 霍尔传感器的应用
3.4.4 测量误差及补偿办法
3.4.5 直流激励时霍尔传感器位移特性实验
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3.4.1 霍尔效应
半导体薄片置于磁场
U H KH IB KH I cx kx
图 4-5-6
霍尔式位移传感器原理示意图
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3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
4、基本特性 (1) 霍尔传感器的灵敏度和线性度主要取决于磁路系统和霍
尔元件的特性；
(2) 提高磁场的磁感应强度 B 和增大激励电流 I ，也可获得 较大的霍尔电势。但 I 的增大受到元件发热的限制；
(a)线性应用
图4-5-4 霍尔元件的输出电路
(b)开关应用
Байду номын сангаас返回首页
3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
图4-5-5 霍尔元件输出叠加连接方式
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3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
3、磁路部分
图4-5-6――产生梯度磁场
B cx
霍尔片沿 x 方向移动时，若控制电流 I 保持不变，则霍尔电 势为：
a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的
安装关系 c）叶片位置与点火正时的关系 1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁 5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
3.4.3 霍尔传感器的应用
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平，晶体管功率开 关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以磁场能量的形式储存 在点火线圈的铁心中。 当叶片槽口转到 霍尔IC面前时，霍尔 IC输出跳变为高电平， 经反相变为低电平， 达林顿管截止，切断 点火线圈的低压侧电 流。由于没有续流元
3.4.3 霍尔传感器的应用
灵敏度改变办法：
(1) 改变控制电流 I (2) 改变载流导线绕在环形铁心上的周数 — — 改变 KB 因为
NI / Rm BS 所以 N B U （增加周数可使灵敏度增加n倍） H
3、利用 U 与 IB 的关系
H
i KIUbm sin t B KB Ibm sin t u KH iB u KUb Ib cos KUb Ib cos 2t U KUb Ib cos KP
被测电流的 70.9A 导线未放入 铁心时示值 为零
霍尔钳形电流表演示
直流200A量程
霍尔钳形 霍尔钳形 电流表 3.4.3 霍尔传感器的应用 霍尔钳形 演示 电流表演示 电流表演示
70.9A
钳形表的环形铁 心可以张开， 导线由此穿过
3.4.3 霍尔传感器的应用
被测电流的导线从此处穿入 钳形表的环形铁心 手指按下此处，将钳形表的 铁心张开 将被测电流导线逐根夹 到钳形表的环形铁心中
图4-5-9 霍尔元件不等位电压示意图
3.4.4 测量误差及补偿办法
图4-5-10 不等位电压补偿原理
3.4.4 测量误差及补偿办法
2．温度误差及其补偿 ① 温度误差产生原因
U H KH I B
霍尔元件内阻 r 霍尔灵敏度 KH 随温度变化，故 UH 随温 度改变。 ② 温度误差补偿电路 (1) 恒流源供电和输入回路并联电阻
K H 1/ nqd 霍尔电势表达式 U bvB K IB H H
3.4.2 霍尔传感器组成与基本特性
1、霍尔元件
(1) 材料 — — 多用N型半导体
(2) 结构和符号
图4-5-2 霍尔元件的结构和符号
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1、1'
四、测量误差及补偿办法
1、不等位电压及其补偿 ① 不等位电压 U0 — — B=0 时的空载霍尔电热 ② 产生原因：1°两个霍尔电极不在同一等位面上 2°霍尔元件电阻率不均匀
3°霍尔元件厚度不均匀
因为 R1 R2 R3 R4 不成立， 所以 UCD U0 0 ③ 补偿办法（图4-5-10） (c) 方案最好
将空调电源的“三芯护套线” 夹到钳形表的环形铁心中，钳 形表的示值为多少？为什么？
3.4.3 霍尔传感器的应用
叉形钳形表 漏磁稍大， 但使用方便
用钳形表测量 电动机的相电流
3.4.3 霍尔传感器的应用
霍尔式电流谐波分析仪
铁心的 开合缝隙
被测电流的谐波 频谱
铁心的 杠杆压舌
3.4.4 测量误差及补偿办法
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3.4.1 霍尔效应
D
EH
C
洛伦磁力作用下的电子流轨迹。
3.4.1 霍尔效应
磁场力 平衡时 霍尔电势 控制电流 所以
F qvB
电场力 所以
F F
F qEH
I nqvbd I bv KH I nqd
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U H bEH bvB
EH vB
霍尔灵敏度
t UH t UH
3.4.4 测量误差及补偿办法
R L 图 (d) ，补偿了 U 图t(a) ，补偿了 (b) t R R // R U t R I U 图(c) ，补偿了 RT // R U U U U U U H H H TT T H H L H H H H T H H RL RT // R
应用实例4、霍尔式无触点汽车电子点火装置
高压输出接头 12V低压电源输入接头
采用霍尔式无触点 电子点火装置能较好 地克服汽车合金触点 点火时间不准确、触 点易烧坏、高速时动 力不足等缺点。
汽车点火线圈
3.4.3 霍尔传感器的应用
采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点火时间准 确、高速时动力足。
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
点火总成
汽车电子点火装置使用的点火控制器、霍尔传感器及点火总成
3.4.3 霍尔传感器的应用
应用实例5、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、 普通直流电动机使用的 整形后触发电子线路，从而控制电枢电 电刷和换向器 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。
中，当有电流流过时，在
垂直于电流和磁场的方向 上将产生电动势，这种物
理现象是美国物理学家霍
尔发现的，故称为霍尔效 应，相应的电动势被称为
霍尔电动势，半导体薄片
称为霍尔片或霍尔元件。
图4-5-1 霍尔效应原理图
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3.4.1 霍尔效应
霍尔效应演示
D A B
C
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的 作用，向内侧偏移，在半导体薄片C、D方向的端 面之间建立起霍尔电势EH。
图4-5-13 采用热敏元件的温度误差补偿电路
3.4.4 测量误差及补偿办法
图4-5-14
桥路补偿电路
―― 在霍尔输出端串入温度补偿电桥
3.4.5 直流激励时霍尔传感器位移特性实验
直流激励时霍尔传感器位移特性实验
要求： •传感器的V-X特性曲线，系统灵敏度，非线性误差 •霍尔元件位移的线性度