1、5.25.2、霍爾式傳感器、霍爾式傳感器1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理2 不等位電勢的誤差及補(bǔ)償不等位電勢的誤差及補(bǔ)償3 集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用3/3/20222 霍爾傳感器霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。18791879年年美美國物理學(xué)家霍爾國物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng), , 但由于但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展的發(fā)展, , 開始用開始用半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料制成霍爾元件制成

2、霍爾元件, , 由于它的霍爾效由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。 霍爾傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動(dòng)等霍爾傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測量。方面的測量。霍爾傳感器霍爾傳感器3/3/202231 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理1.1 1.1 霍爾效應(yīng)、霍爾電勢、霍爾系數(shù)霍爾效應(yīng)、霍爾電勢、霍爾系數(shù)1 1）霍爾效應(yīng)）霍爾效應(yīng) 將一塊通有電流將一塊通有電流I I的導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的磁場中，的磁場中，B B的方向垂直于的方向垂直于I I，則在垂直于電流和磁場的薄片兩側(cè)，則在垂直于電流和磁場的

3、薄片兩側(cè)，產(chǎn)生一個(gè)正比于電產(chǎn)生一個(gè)正比于電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的電勢，這一物理現(xiàn)電勢，這一物理現(xiàn)象稱為象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。3/3/202241 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理 當(dāng)磁場垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏當(dāng)磁場垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。方向的端面之間建立起霍爾電勢。c cd da ab b3/3/202251 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理2 2）霍爾電勢、霍爾系數(shù)）霍爾電勢、霍爾系數(shù)洛侖茲力洛侖茲力LfeVB即有：即有：霍爾電場作用力霍爾電場作用力

4、/EHHfeEeUb/HeVBeUb故可得：故可得：HUbVB3/3/202261 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理2 2）霍爾電勢、霍爾系數(shù)）霍爾電勢、霍爾系數(shù)HUbVB因?yàn)榱鬟^薄片的電流為：因?yàn)榱鬟^薄片的電流為：dQIbdVnedt則得到則得到N N型半導(dǎo)體的型半導(dǎo)體的霍爾電勢霍爾電勢為：為：HIBUned若是若是P P型半導(dǎo)體，則型半導(dǎo)體，則霍爾電勢霍爾電勢為：為：HIBUped3/3/202271 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理2 2） 霍爾電勢、霍爾系數(shù)霍爾電勢、霍爾系數(shù)定義定義霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)為：為：1HRne定義定義霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)為：為：HHIBURd則有：則

5、有： 霍爾系數(shù)反映了材料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱，其大小取決于霍爾系數(shù)反映了材料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱，其大小取決于載流子密度。金屬材料的自由電子濃度載流子密度。金屬材料的自由電子濃度n n很高，因此霍爾很高，因此霍爾系數(shù)很小，相應(yīng)地霍爾電勢極小，故不宜做霍爾元件。系數(shù)很小，相應(yīng)地霍爾電勢極小，故不宜做霍爾元件。3/3/20228 霍爾效應(yīng)強(qiáng)，則霍爾效應(yīng)強(qiáng)，則R RH H值大，因此要求霍爾片材料有較值大，因此要求霍爾片材料有較大的大的電阻率電阻率和和載流子遷移率載流子遷移率。一般金屬材料載流子遷移。一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很小；而絕緣材料電阻率極高，但載率很高，但電阻率很小；而絕緣材料電阻率極高，

6、但載流子遷移率極低。故流子遷移率極低。故只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片。1 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理2 2）霍爾電勢、霍爾系數(shù)）霍爾電勢、霍爾系數(shù)HR3/3/202291 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理3 3）霍爾元件的靈敏度系數(shù)）霍爾元件的靈敏度系數(shù)HHIBURd由霍爾電勢：由霍爾電勢：定義定義靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)：HHUKIBHHRKd或或 靈敏度系數(shù)表示單位電流和單位磁場作用下，開路霍靈敏度系數(shù)表示單位電流和單位磁場作用下，開路霍爾電勢的大小，它與元件的厚度成反比，霍爾片越薄，靈爾電勢的大小，它與元件的厚度成反比，霍爾片越薄，靈敏度系數(shù)

7、就越大。通常薄膜霍爾元件的厚度約為敏度系數(shù)就越大。通常薄膜霍爾元件的厚度約為1m1m左右，左右，但同時(shí)要兼顧元件的強(qiáng)度和內(nèi)阻。但同時(shí)要兼顧元件的強(qiáng)度和內(nèi)阻。3/3/2022101 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理4 4）霍爾電勢的一般表達(dá)式）霍爾電勢的一般表達(dá)式cosHHUK IB 若磁感應(yīng)強(qiáng)度若磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度度時(shí)，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線時(shí)，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，這時(shí)的霍爾電，這時(shí)的霍爾

8、電勢為勢為 結(jié)論結(jié)論：霍爾電勢與輸入電流霍爾電勢與輸入電流I I、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度B B成正比，成正比，且當(dāng)且當(dāng)B B的方向改變時(shí)，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所的方向改變時(shí)，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同頻率的交變電勢。施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同頻率的交變電勢。 霍爾電勢是關(guān)于霍爾電勢是關(guān)于I I、B B、三個(gè)變量的函數(shù)。利用這個(gè)關(guān)系三個(gè)變量的函數(shù)。利用這個(gè)關(guān)系可以使其中兩個(gè)量不變，將第三個(gè)量作為變量，或者固定其中可以使其中兩個(gè)量不變，將第三個(gè)量作為變量，或者固定其中一個(gè)量，其余兩個(gè)量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用一個(gè)量，其余兩個(gè)

9、量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。途。3/3/2022111 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理1.2 1.2 霍爾元件及基本電路霍爾元件及基本電路1 1） 霍爾元件的結(jié)構(gòu)及符號霍爾元件的結(jié)構(gòu)及符號霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成。霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成。4 42 20.1mm0.1mm3 33/3/2022121 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理應(yīng)用霍爾傳感器可以分別檢測電流、磁場、電流與磁場的應(yīng)用霍爾傳感器可以分別檢測電流、磁場、電流與磁場的乘積等物理量。乘積等物理量。建立霍爾效應(yīng)所需的時(shí)間很短，大約只有建立霍爾效應(yīng)所需的時(shí)間很短，大約只有1010-

10、13-13秒左右，故秒左右，故輸入信號的頻率可以很高。輸入信號的頻率可以很高。2 2） 霍爾元件的基本電路霍爾元件的基本電路3/3/2022131 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理 目前常用的霍爾元件材料有目前常用的霍爾元件材料有: :鍺、硅、砷化銦、銻化銦鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料。其中等半導(dǎo)體材料。其中N N型鍺型鍺容易加工制造容易加工制造, ,其霍爾系數(shù)、溫度其霍爾系數(shù)、溫度性能和線性度都較好。性能和線性度都較好。N N型硅型硅的線性度最好的線性度最好, ,其霍爾系數(shù)、溫其霍爾系數(shù)、溫度性能同度性能同N N型鍺相近。型鍺相近。銻化銦銻化銦對溫度最敏感對溫度最敏感, , 尤

11、其在低溫范尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，在室溫時(shí)，其霍爾系數(shù)較大。圍內(nèi)溫度系數(shù)大，在室溫時(shí)，其霍爾系數(shù)較大。砷化銦砷化銦的霍的霍爾系數(shù)及溫度系數(shù)較小，輸出特性的線性度好。爾系數(shù)及溫度系數(shù)較小，輸出特性的線性度好。3 3） 霍爾元件的主要特征參數(shù)霍爾元件的主要特征參數(shù)3/3/2022141 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理3 3） 霍爾元件的主要特征參數(shù)霍爾元件的主要特征參數(shù)輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻輸入電阻輸入電阻R Ri i：控制電流極間的電阻。：控制電流極間的電阻。輸出電阻輸出電阻R Rv v：霍爾電極間的電阻。：霍爾電極間的電阻。（在（在B=0B=0且溫度為且溫度為202

12、055時(shí)確定）時(shí)確定）IiIUR =IHvHUR =I3/3/2022151 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理3 3） 霍爾元件的主要特征參數(shù)霍爾元件的主要特征參數(shù)額定控制電流和最大允許控制電流額定控制電流和最大允許控制電流額定控制電流：額定控制電流：在空氣介質(zhì)中，對霍爾元件進(jìn)行激勵(lì)在空氣介質(zhì)中，對霍爾元件進(jìn)行激勵(lì)（由小到大通以控制電流），使之逐漸發(fā)熱，當(dāng)溫升（由小到大通以控制電流），使之逐漸發(fā)熱，當(dāng)溫升1010時(shí)對應(yīng)的控制電流。時(shí)對應(yīng)的控制電流。最大允許控制電流：最大允許控制電流：元件最大允許溫升所對應(yīng)的激勵(lì)電元件最大允許溫升所對應(yīng)的激勵(lì)電流。流。改善散熱條件可提高額定控制電流及最大

13、允許控制電流。改善散熱條件可提高額定控制電流及最大允許控制電流。3/3/2022161 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理3 3） 霍爾元件的主要特征參數(shù)霍爾元件的主要特征參數(shù)靈敏度靈敏度K KH H 表中給出的表中給出的K KH H是指額定工作范圍內(nèi)的平均值。可用直流是指額定工作范圍內(nèi)的平均值。可用直流電位差計(jì)測量空載霍爾輸出電位差計(jì)測量空載霍爾輸出U UH H，此時(shí)通以額定控制電流，且，此時(shí)通以額定控制電流，且置于均勻穩(wěn)定的直流磁場中，同時(shí)測出置于均勻穩(wěn)定的直流磁場中，同時(shí)測出B B值，即可求得。值，即可求得。HHUK=IB3/3/2022171 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作

14、原理3 3） 霍爾元件的主要特征參數(shù)霍爾元件的主要特征參數(shù)不等位電勢與不等位電阻不等位電勢與不等位電阻 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B B為零、激勵(lì)電流為額定值為零、激勵(lì)電流為額定值I IH H時(shí)，霍爾電時(shí)，霍爾電極間的空載電勢稱為極間的空載電勢稱為不等位電勢（或零位電勢）不等位電勢（或零位電勢）U U0 0。 不等位電勢不等位電勢U U0 0與額定激勵(lì)電流與額定激勵(lì)電流I IH H之比稱為之比稱為不等位電阻不等位電阻（零位電阻）（零位電阻）r r0 0。3/3/2022181 1 霍爾元件的工作原理霍爾元件的工作原理 產(chǎn)生不等位電勢的原因主要有：產(chǎn)生不等位電勢的原因主要有：霍爾電極安裝位置不正霍

15、爾電極安裝位置不正確（不對稱或不在同一等電位面上）；半導(dǎo)體材料的不均確（不對稱或不在同一等電位面上）；半導(dǎo)體材料的不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；激勵(lì)電極接勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。3 3） 霍爾元件的主要特征參數(shù)霍爾元件的主要特征參數(shù)不等位電勢與不等位電阻不等位電勢與不等位電阻3/3/202219(4) 寄生直流電勢寄生直流電勢 (霍爾元件零位誤差的一部分霍爾元件零位誤差的一部分)當(dāng)沒有外加磁場，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的當(dāng)沒有外加磁場，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)

16、直流電勢輸出有一個(gè)直流電勢,稱為寄生直流電勢。稱為寄生直流電勢。控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢。電勢。(5) 霍爾電勢溫度系數(shù)霍爾電勢溫度系數(shù) 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫度每變化在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫度每變化1C時(shí)，霍爾時(shí)，霍爾電勢變化的百分率。電勢變化的百分率。3/3/2022202 2 不等位電勢的補(bǔ)償不等位電勢的補(bǔ)償 為了降低不等位電勢，除了加工工藝上采取措施外，還

17、為了降低不等位電勢，除了加工工藝上采取措施外，還應(yīng)采取電路補(bǔ)償，即通過應(yīng)采取電路補(bǔ)償，即通過橋路平衡的原理加以補(bǔ)償橋路平衡的原理加以補(bǔ)償。 霍爾元件有兩對電極，各相鄰電極之間的電阻若為霍爾元件有兩對電極，各相鄰電極之間的電阻若為r r1 1、r r2 2、r r3 3、r r4 4，霍爾元件可等效為一個(gè)四臂電阻電橋。，霍爾元件可等效為一個(gè)四臂電阻電橋。3/3/202221 能夠使電橋達(dá)到平衡的措施均可以用于補(bǔ)償不等位電勢。由能夠使電橋達(dá)到平衡的措施均可以用于補(bǔ)償不等位電勢。由于霍爾元件的不等位電勢同時(shí)也是溫度的函數(shù)，所以同時(shí)要考于霍爾元件的不等位電勢同時(shí)也是溫度的函數(shù)，所以同時(shí)要考慮慮溫度補(bǔ)償

18、溫度補(bǔ)償問題。問題。2 2 不等位電勢的補(bǔ)償不等位電勢的補(bǔ)償3/3/2022222. 溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差產(chǎn)生原因：霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。當(dāng)溫度變化時(shí)，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾電勢、輸入電阻和輸出電阻等都要發(fā)生變化，從而使霍爾式傳感器產(chǎn)生溫度誤差。 3/3/202223減小霍爾元件的溫度誤差 選用溫度系數(shù)小的元件 采用恒溫措施 采用恒流源供電 3/3/202224恒流源溫度補(bǔ)償恒流源溫度補(bǔ)償 )1 (TKKHOH霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)

19、，它隨溫度的變化引起霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關(guān)系霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關(guān)系 大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值時(shí)，是正值時(shí)，它們的霍爾電勢隨溫度的升高而增加（它們的霍爾電勢隨溫度的升高而增加（1+t）倍。）倍。同時(shí)，讓控制電流同時(shí)，讓控制電流I相應(yīng)地減小，能保持相應(yīng)地減小，能保持KHI不變就不變就抵消了靈敏系數(shù)抵消了靈敏系數(shù)KH值增加的影響值增加的影響 3/3/202225恒流源溫度補(bǔ)償電路 當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時(shí)，當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時(shí)，旁路分流電阻自動(dòng)地加強(qiáng)分流，減少了霍爾元件的控制電流旁路分流電阻自

20、動(dòng)地加強(qiáng)分流，減少了霍爾元件的控制電流3/3/202226控制電流控制電流 siPPIRRRI00020溫度升到溫度升到T時(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)闀r(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)?)1 (0TRRii)1 (0TRRPP)1 ()1 ()1 (0002TRTRTRIRRRIiPPsiPp式中，式中， 霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)； 分流電阻溫度系。分流電阻溫度系。3/3/202227 為使霍爾電勢不變，補(bǔ)償電路必須滿足為使霍爾電勢不變，補(bǔ)償電路必須滿足: : 升溫前、后的霍爾電勢不變，升溫前、后的霍爾電勢不變， BIKUBIKUHHHH220002200IKIKHH)1()1()1()1

21、(00000000TRTRTRTKIRRRKiPPHsiPPH00iPRR經(jīng)整理，忽略經(jīng)整理，忽略 高次項(xiàng)后得高次項(xiàng)后得 用上式即可計(jì)算出分流電阻及所需的溫度系數(shù)值用上式即可計(jì)算出分流電阻及所需的溫度系數(shù)值 2T3/3/2022283 3 集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器霍爾集成電路可分為霍爾集成電路可分為開關(guān)型開關(guān)型和和線性型線性型兩大類。兩大類。開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、密特觸發(fā)器、OCOC門（集電極開路輸出門）等電路門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個(gè)做在同一個(gè)芯片芯片上。當(dāng)外加磁場強(qiáng)度超過規(guī)定的工作

22、點(diǎn)時(shí)，上。當(dāng)外加磁場強(qiáng)度超過規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，OCOC門由高阻門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)外加磁場強(qiáng)度低于釋態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)外加磁場強(qiáng)度低于釋放點(diǎn)時(shí)，放點(diǎn)時(shí)，OCOC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關(guān)門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關(guān)型霍爾器件如型霍爾器件如UGN3020UGN3020等。等。（1 1）開關(guān)型集成霍爾傳感器）開關(guān)型集成霍爾傳感器3/3/202229開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路OCOC門門 施密特施密特 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 雙端輸入、雙端輸入、 單端輸出運(yùn)放單端輸出運(yùn)放霍爾霍爾 元件元件. .Vc

23、cVcc（1 1）開關(guān)型集成霍爾傳感器）開關(guān)型集成霍爾傳感器3/3/202230（1 1）開關(guān)型集成霍爾傳感器）開關(guān)型集成霍爾傳感器3/3/202231 線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動(dòng)放線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動(dòng)放大器等做在一個(gè)芯片上，大器等做在一個(gè)芯片上，輸出電壓為伏級輸出電壓為伏級，比直接使用霍，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501UGN3501等。等。 線性型三端線性型三端 霍爾集成電路霍爾集成電路（2 2）線性型集成霍爾傳感器）線性型集成霍爾傳感器3/3/202232線性型霍爾特性線性

24、型霍爾特性 右圖示出了具有雙端差右圖示出了具有雙端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾器動(dòng)輸出特性的線性霍爾器件的輸出特性曲線。當(dāng)磁件的輸出特性曲線。當(dāng)磁場為零時(shí)，它的輸出電壓場為零時(shí)，它的輸出電壓等于零；當(dāng)感受的磁場為等于零；當(dāng)感受的磁場為正向（磁鋼的正向（磁鋼的S極對準(zhǔn)霍極對準(zhǔn)霍爾器件的正面）時(shí)，爾器件的正面）時(shí)， 輸出輸出為正；磁場反向時(shí)，輸出為正；磁場反向時(shí)，輸出為負(fù)。為負(fù)。 3/3/2022334 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用 根據(jù)霍爾電勢表達(dá)式根據(jù)霍爾電勢表達(dá)式U UH H=K=KH HIBIB，決定了霍爾傳感器可用，決定了霍爾傳感器可用于下列情況：于下列情況： I= I=常數(shù)，則可

25、測任意能轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的量，如磁常數(shù)，則可測任意能轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的量，如磁場、位移、角度、轉(zhuǎn)速、加速度等；場、位移、角度、轉(zhuǎn)速、加速度等； B= B=常數(shù)，則可測任意能轉(zhuǎn)換成電流變化的量；常數(shù)，則可測任意能轉(zhuǎn)換成電流變化的量； IB IB均變化，可作乘、除、平方、開方等運(yùn)算。均變化，可作乘、除、平方、開方等運(yùn)算。3/3/2022344 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用從從a a端端通入通入電流電流I I，根據(jù)霍爾效應(yīng)，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢左半部產(chǎn)生霍爾電勢V VH1H1，右半，右半部產(chǎn)生部產(chǎn)生霍爾霍爾電勢電勢V VH2H2，其方向相反。，其方向相反。因此，因此，

26、c c、d d兩端電勢為兩端電勢為V VH1-H1-V VH2H2。如果霍爾元件在初始位置時(shí)如果霍爾元件在初始位置時(shí)V VH1=H1=V VH H2 2，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。到輸出電壓，其大小正比于位移量。 霍爾式位移傳感器霍爾式位移傳感器3/3/2022354 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用如左圖所示，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，如左圖所示，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，膜盒膜盒4 4會(huì)相應(yīng)發(fā)生膨脹或收縮，通會(huì)相應(yīng)發(fā)生膨脹或收縮，通過杠桿過杠桿3 3帶動(dòng)霍爾元件帶動(dòng)霍爾元件1 1

27、，在永久磁，在永久磁鐵內(nèi)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)霍爾元件位移原理，鐵內(nèi)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)霍爾元件位移原理，霍爾元件霍爾元件1 1便會(huì)產(chǎn)生反映壓力變化便會(huì)產(chǎn)生反映壓力變化的霍爾電勢。的霍爾電勢。霍爾壓力傳感器霍爾壓力傳感器3/3/202236 在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速

28、。脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。S SN N線性霍爾線性霍爾磁鐵磁鐵4 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速表霍爾轉(zhuǎn)速表60 22fn3/3/202237 當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒較大的霍爾電動(dòng)勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平。輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平。4 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速表霍爾轉(zhuǎn)速表3/3/202238霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在

29、汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)）中的應(yīng)用用 若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微帶有微型磁鐵型磁鐵的霍爾的霍爾傳感器傳感器鋼質(zhì)鋼質(zhì)霍爾霍爾4 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用3/3/202239霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)）中的應(yīng)用用 霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：霍爾輪速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；其一是輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；其二是頻

30、率響應(yīng)高。其響應(yīng)頻率高達(dá)其二是頻率響應(yīng)高。其響應(yīng)頻率高達(dá)20kHz，相當(dāng)于車，相當(dāng)于車速為速為1000km/h時(shí)所檢測的信號頻率；時(shí)所檢測的信號頻率；其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。因此，霍爾傳感器不僅廣其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。因此，霍爾傳感器不僅廣泛應(yīng)用于泛應(yīng)用于ABS輪速檢測，也廣泛應(yīng)用于其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢輪速檢測，也廣泛應(yīng)用于其控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測。測。 4 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用3/3/202240汽車制動(dòng)防抱死裝置汽車制動(dòng)防抱死裝置( (英文為英文為Antilock Braking SystemAntilock Braking System簡稱簡稱ABS)ABS)的基本功

31、能就是可感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，的基本功能就是可感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小，避免出現(xiàn)車輪的抱死動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小，避免出現(xiàn)車輪的抱死現(xiàn)象現(xiàn)象，因而是一個(gè)，因而是一個(gè)閉環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)閉環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)。它是電子控制技術(shù)在汽車上最。它是電子控制技術(shù)在汽車上最有突出成就的一項(xiàng)應(yīng)用。可使得汽車在制動(dòng)時(shí)維持方向穩(wěn)定性和有突出成就的一項(xiàng)應(yīng)用。可使得汽車在制動(dòng)時(shí)維持方向穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，有效地提高了行車的安全性。縮短制動(dòng)距離，有效地提高了行車的安全性。 據(jù)歐洲各國統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用了制動(dòng)防抱死技術(shù)后，交通事故摩托據(jù)歐洲各國統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用了制動(dòng)

32、防抱死技術(shù)后，交通事故摩托車減少車減少10%10%，轎車和輕型貨車減少，轎車和輕型貨車減少8%8%，公共汽車減少，公共汽車減少4%4%，重型貨，重型貨車減少車減少10%10%，平均起來減少，平均起來減少7.5%7.5%。4 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用3/3/2022414 4 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法 只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的脈動(dòng)，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。場強(qiáng)度的脈動(dòng)，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。 霍爾元件霍爾元件