1、4.5 4.5 霍爾傳感器霍爾傳感器五邑大學五邑大學信息工程學院信息工程學院5.2 5.2 霍爾傳感器霍爾傳感器5.2.1 霍爾傳感器任務原理霍爾傳感器任務原理5.2.2 霍爾元件的構(gòu)造和根本電路霍爾元件的構(gòu)造和根本電路5.2.3 霍爾元件的主要特性參數(shù)霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4 霍爾元件誤差及補償霍爾元件誤差及補償5.2.5 霍爾式傳感器的運用霍爾式傳感器的運用5.2.1 5.2.1 霍爾傳感器任務原理霍爾傳感器任務原理 霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器。霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器。 來源：來源：1879年美國物理學家霍爾首先在金屬資料中發(fā)年美國物理學家霍爾首先在金屬資料

2、中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應現(xiàn)了霍爾效應, 但由于金屬資料的霍爾效應太弱而沒但由于金屬資料的霍爾效應太弱而沒有得到運用。有得到運用。 開展：隨著半導體技術(shù)的開展開展：隨著半導體技術(shù)的開展, 開場用半導體資料制開場用半導體資料制成霍爾元件成霍爾元件, 由于它的霍爾效應顯著而得到運用和開由于它的霍爾效應顯著而得到運用和開展。展。 運用：霍爾傳感器廣泛用于電磁丈量、壓力、加速度、運用：霍爾傳感器廣泛用于電磁丈量、壓力、加速度、振動等方面的丈量。振動等方面的丈量?；魻栃喊雽w薄片置于磁場中，當它的電流方向與磁霍爾效應：半導體薄片置于磁場中，當它的電流方向與磁場方向不一致時，半導體薄片上平行于電流和磁場方向的場

3、方向不一致時，半導體薄片上平行于電流和磁場方向的兩個面之間產(chǎn)生電動勢。兩個面之間產(chǎn)生電動勢。產(chǎn)生的電動勢稱霍爾電勢，半導體薄片稱霍爾元件。產(chǎn)生的電動勢稱霍爾電勢，半導體薄片稱霍爾元件。什么是霍爾效應？什么是霍爾效應？dIBRUHHp 在垂直于外磁場在垂直于外磁場B的方向的方向上放置一半導體薄片，半導上放置一半導體薄片，半導體薄片通以電流體薄片通以電流I，方向如，方向如下圖。下圖。p 半導體薄片中的電流是半導體薄片中的電流是載流子自在電子在電場作用載流子自在電子在電場作用下的定向運動。下的定向運動。p 在半導體導電板垂直電在半導體導電板垂直電流方向上作用一個磁感應強流方向上作用一個磁感應強度為度

4、為B的均勻磁場，那么載的均勻磁場，那么載流子又受洛倫茲力作用。流子又受洛倫茲力作用。BeF載流子受載流子受洛侖茲力洛侖茲力 bEUHH霍爾電場強度霍爾電場強度e電子電荷；電子電荷；v電子運動平均速度；電子運動平均速度；B磁場的磁感應強度。磁場的磁感應強度。在勻強電場中，沿電場強度方向，兩點之間的電勢在勻強電場中，沿電場強度方向，兩點之間的電勢差等于電場強度跟這兩點之間間隔的乘積。差等于電場強度跟這兩點之間間隔的乘積。 Ce1910602. 1BveeEH平衡形狀：洛倫茲力平衡形狀：洛倫茲力fH=電場力電場力EHBvEHHHeEf電場力電場力bEUHHdIBneBbvbEUHH1因此霍爾電勢因此

5、霍爾電勢bdneIv 所以電子運動平均速度所以電子運動平均速度 evnbdI 又根據(jù)電流的定義：單位時間內(nèi)經(jīng)過導線某一截面的電荷量。又根據(jù)電流的定義：單位時間內(nèi)經(jīng)過導線某一截面的電荷量。討論討論: :neRH11、霍爾常數(shù)大小取決于導體的載流子密度：、霍爾常數(shù)大小取決于導體的載流子密度：分析：金屬的自在電子密度太大，因此霍爾常數(shù)小，霍爾電分析：金屬的自在電子密度太大，因此霍爾常數(shù)小，霍爾電勢也小，所以金屬資料不宜制造霍爾元件。勢也小，所以金屬資料不宜制造霍爾元件。2、霍爾元件靈敏度靈敏系數(shù)、霍爾元件靈敏度靈敏系數(shù) KH意義：表示霍爾元件意義：表示霍爾元件在單位鼓勵電流和單位磁感強度時產(chǎn)生的霍爾

6、電勢的大小。在單位鼓勵電流和單位磁感強度時產(chǎn)生的霍爾電勢的大小。neddRKHH1BIUKHHBIKUHH補充：補充：1、霍爾電勢與導體厚度、霍爾電勢與導體厚度d成反比：為了提高霍爾電勢值，成反比：為了提高霍爾電勢值， 霍霍爾元件制成薄片外形。爾元件制成薄片外形。 2、半導體中電子遷移率電子定向運動平均速度比空穴遷、半導體中電子遷移率電子定向運動平均速度比空穴遷移率高，因此移率高，因此N型半導體較適宜于制造靈敏度高的霍爾元件。型半導體較適宜于制造靈敏度高的霍爾元件。 3、當磁感應強度、當磁感應強度B和霍爾片平和霍爾片平面法線成角度面法線成角度時時, 霍爾電勢為：霍爾電勢為： cosBIKUHH

7、5.2.2 5.2.2 霍爾元件的構(gòu)造和根本電路霍爾元件的構(gòu)造和根本電路圖圖a中其中中其中1-1電極用于電極用于加控制電流，稱控制電極。加控制電流，稱控制電極。另一對另一對2-2電極用于引出霍爾電極用于引出霍爾電勢，稱霍爾電勢輸出極。電勢，稱霍爾電勢輸出極。圖圖b是霍爾元件通用的圖是霍爾元件通用的圖形符號。形符號。圖圖c所示，霍爾電極在基片所示，霍爾電極在基片上的位置及它的寬度對霍爾電勢上的位置及它的寬度對霍爾電勢數(shù)值影響很大。數(shù)值影響很大。 通?；魻栯姌O位于基片長度的通?；魻栯姌O位于基片長度的中間，其寬度遠小于基片的長度。中間，其寬度遠小于基片的長度。 圖圖d是根本丈量電路是根本丈量電路 。

8、 丈量電路丈量電路5.2.3 5.2.3 霍爾元件的主要特性參數(shù)霍爾元件的主要特性參數(shù)當磁場和環(huán)境溫度一定時：當磁場和環(huán)境溫度一定時：霍爾電勢與控制電流霍爾電勢與控制電流I成正比；成正比；當控制電流和環(huán)境溫度一定時：當控制電流和環(huán)境溫度一定時：霍爾電勢與磁場的磁感應強度霍爾電勢與磁場的磁感應強度B成正比；成正比；當環(huán)境溫度一定時：當環(huán)境溫度一定時：輸出的霍爾電勢與輸出的霍爾電勢與I和和B的乘積成正比。的乘積成正比。 BIKUHH霍爾元件的主要特性參數(shù)：(1) 輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻輸入電阻Ri ：控制電極間的電阻：控制電極間的電阻 輸出電阻輸出電阻Ro ：霍爾電極之間的電阻：霍爾電極之間

9、的電阻 注：丈量以上電阻時，應在沒有外磁場和注：丈量以上電阻時，應在沒有外磁場和室溫變化的條件下進展。室溫變化的條件下進展。Ri Ro，Ri、Ro=1002000 。(2) (2) 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： 當霍爾元件有控制電流使其本身在空氣當霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生中產(chǎn)生10溫升時，對應的控制電流值。溫升時，對應的控制電流值?？刂齐娏骺刂齐娏鱅c=(幾幾幾十幾十)mA 最大允許控制電流：最大允許控制電流： 以元件允許的最大溫升限制所對應的控以元件允許的最大溫升限制所對應的控制電流值。制電流值。 改善散熱條件可以增

10、大最大允改善散熱條件可以增大最大允許控制電流。許控制電流。(3) 不等位電勢不等位電勢Uo和不等位電阻和不等位電阻ro 不等位電勢：不等位電勢： 當霍爾元件的控制電流為額定值時，假設(shè)元件所處位置當霍爾元件的控制電流為額定值時，假設(shè)元件所處位置的磁感應強度為零，測得的空載霍爾電勢。普通的磁感應強度為零，測得的空載霍爾電勢。普通U0 10mV。不等位電阻不等位電阻r0： 不等位電勢是由霍爾電極不等位電勢是由霍爾電極 2 和和2之間的電阻。之間的電阻。不等位電勢就是控制電流不等位電勢就是控制電流 I 經(jīng)不等位電阻產(chǎn)生的電壓。經(jīng)不等位電阻產(chǎn)生的電壓。不等位電阻不等位電阻 r0= U0 /I產(chǎn)生不等位電

11、勢的緣由主要是：產(chǎn)生不等位電勢的緣由主要是： 霍爾電極安裝位置不正確不對稱或不在霍爾電極安裝位置不正確不對稱或不在同一等電位面上；同一等電位面上； 半導體資料不均勻呵斥了電阻率不均勻或半導體資料不均勻呵斥了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；是幾何尺寸不均勻； 控制電極接觸不良呵斥控制電流不均勻分控制電極接觸不良呵斥控制電流不均勻分布等。布等。均是制造工藝呵斥的均是制造工藝呵斥的(4) 寄生直流電勢寄生直流電勢 霍爾元件零位誤差的一霍爾元件零位誤差的一部分部分 當沒有外加磁場，霍爾元件用交流控制當沒有外加磁場，霍爾元件用交流控制電流時，霍爾電極的輸出有一個直流電電流時，霍爾電極的輸出有一個直流電勢

12、。勢。(5) 霍爾電勢溫度系數(shù)霍爾電勢溫度系數(shù) 在一定磁感應強度和控制電流下，溫在一定磁感應強度和控制電流下，溫度每變化度每變化1時，霍爾電勢變化的百分率。時，霍爾電勢變化的百分率。tUUUHoHoHt/ )（)1(tUUHoHt5.2.4 5.2.4 霍爾元件誤差及補償霍爾元件誤差及補償1. 不等位電勢誤差的補償不等位電勢誤差的補償2. 溫度誤差及其補償溫度誤差及其補償1.1.不等位電勢誤差的補償不等位電勢誤差的補償把霍爾元件視為一個四臂電阻電橋，不等位電勢把霍爾元件視為一個四臂電阻電橋，不等位電勢就相當于電橋的初始不平衡輸出電壓。就相當于電橋的初始不平衡輸出電壓。 ABCDIR1R2R3R

13、4 圖中圖中A、B為控制電極，為控制電極，C、D為霍爾電極。為霍爾電極。 在極間分布的電阻用在極間分布的電阻用R1、R2、R3、R4表示，理想情況是表示，理想情況是R1R2R3R4，即零位電勢為零或零位電阻為零。，即零位電勢為零或零位電阻為零。 但實踐上存在著零位電勢，那么闡明此四個電阻不等。但實踐上存在著零位電勢，那么闡明此四個電阻不等。電勢的補償電路電勢的補償電路 對稱電路對稱電路 當溫度變化時，補償?shù)姆€(wěn)定性要好些當溫度變化時，補償?shù)姆€(wěn)定性要好些 WCDAR2R3R4R1BWCDAR2R3R4R1BBWDAR2R3R4R1Ca b cWABCDWABCD (b)WCABD2.2.溫度誤差及

14、其補償溫度誤差及其補償溫度誤差產(chǎn)生緣由：溫度誤差產(chǎn)生緣由：霍爾元件的基片是半導體資料，因此對溫度的變化霍爾元件的基片是半導體資料，因此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)。和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。當溫度變化時，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾當溫度變化時，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。而使霍爾式傳感器產(chǎn)生溫度誤差。減小霍爾元件的溫度誤差方法減小霍爾元件的溫度誤差方法 選用溫度系數(shù)小的元件如砷化銦選用

15、溫度系數(shù)小的元件如砷化銦;采用恒溫措施采用恒溫措施;采用恒流源供電采用恒流源供電; 溫度變化導致霍爾元件內(nèi)阻溫度變化導致霍爾元件內(nèi)阻Ri、Ro)和霍爾靈和霍爾靈敏度敏度KH等變化，給丈量帶來一定誤差，即等變化，給丈量帶來一定誤差，即溫度誤差。為了減溫度誤差，需采取溫度補償措溫度誤差。為了減溫度誤差，需采取溫度補償措施：施： 恒流源溫度補償恒流源溫度補償 霍爾元件的靈敏系數(shù)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)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：霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關(guān)系：)1 (TKKHOH式中式中: KH0 為溫度為溫度T0時的時的KH值；值； 溫

16、度變化量；溫度變化量； 霍爾電勢的溫度系數(shù)?；魻栯妱莸臏囟认禂?shù)。 TtUUUHHHt00/ )（的定義為的定義為大膽假設(shè)：大膽假設(shè)：由于大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)由于大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正是正值時，它們的霍爾電勢隨溫度的升高值時，它們的霍爾電勢隨溫度的升高而添加而添加1+T倍。倍。讓控制電流讓控制電流I相應地減小，能堅持相應地減小，能堅持 KHI 不變就抵消了靈敏系數(shù)值添加的影響不變就抵消了靈敏系數(shù)值添加的影響。 )1 (0TKKHH)1 (0TBIKUHHt恒流源溫度補償電路 補償原理：當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而添加補償原理：當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而添加時，旁路分流電阻時，

17、旁路分流電阻R自動地加強分流，減少了霍爾元自動地加強分流，減少了霍爾元件的控制電流。件的控制電流。溫度升到溫度升到T時，電路中各參數(shù)變?yōu)闀r，電路中各參數(shù)變?yōu)?)1 (0TRRii)1 (0TRR控制電流控制電流 siIRRRI00020溫度為溫度為T0時，時，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)；分流電阻溫度系數(shù)。分流電阻溫度系數(shù)。 SisiITRTRTRIRRRI)1 ()1 ()1 (0002 為使霍爾電勢不變，補償電路必需滿足為使霍爾電勢不變，補償電路必需滿足: 升溫前、后的霍爾電勢不變，升溫前、后的霍爾電勢不變， BIKUBIKUHHHH220002200IKIKHHSi

18、HsiHITRTRTRTKIRRRK)1 ()1 ()1 ()1 (0000000000iRR 當霍爾元件選定后，它的輸入電阻當霍爾元件選定后，它的輸入電阻 和溫度系數(shù)和溫度系數(shù) 及霍爾及霍爾電勢溫度系數(shù)電勢溫度系數(shù) 可以從元件參數(shù)表中查到可以從元件參數(shù)表中查到 可以丈量出可以丈量出來，用上式即可計算出分流電阻來，用上式即可計算出分流電阻 及所需的分流電阻溫度系及所需的分流電阻溫度系數(shù)數(shù) 值。值。 0iR0R0 iR經(jīng)整理，忽略經(jīng)整理，忽略 高次項后得高次項后得 2T1 1、霍爾開關(guān)集成傳感器、霍爾開關(guān)集成傳感器其中，其中，1為接地端，為接地端，2為電源端，為電源端，3為輸出端。為輸出端。5.

19、2.5 5.2.5 霍爾傳感器霍爾傳感器穩(wěn)壓穩(wěn)壓整形整形VCC輸出輸出地地213霍爾元件霍爾元件放大放大穩(wěn)壓穩(wěn)壓整形整形VCC輸出輸出地地213霍爾元件霍爾元件放大放大 當有磁場作用在傳感器上時，霍爾元件輸出霍爾電壓當有磁場作用在傳感器上時，霍爾元件輸出霍爾電壓VH，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路，當放，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路，當放大后的大后的VH電壓大于電壓大于“開啟閾值時，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，開啟閾值時，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，使半導體管導通輸出高電平，使半導體管導通“開形狀；開形狀；任務原理：任務原理：穩(wěn)壓穩(wěn)壓整形整形VCC輸出輸出地地213霍爾元件霍

20、爾元件放大放大幾種不同尺寸外形的霍爾開關(guān)幾種不同尺寸外形的霍爾開關(guān)2 2、霍爾線性集成傳感器、霍爾線性集成傳感器 霍爾線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場呈線性霍爾線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場呈線性比例關(guān)系。比例關(guān)系。 穩(wěn)壓穩(wěn)壓VCC輸出輸出地地123霍爾元件霍爾元件放大放大穩(wěn)壓穩(wěn)壓VCC輸輸出出地地341霍爾元件霍爾元件放大放大8單端輸出傳感器的電路構(gòu)造單端輸出傳感器的電路構(gòu)造雙端輸出的電路構(gòu)造雙端輸出的電路構(gòu)造圖所示為具有雙端差動輸出特性的線性霍爾器圖所示為具有雙端差動輸出特性的線性霍爾器件件UGN3501MUGN3501M的內(nèi)部電路圖和輸出特性曲線圖。的內(nèi)部電路圖和輸出特性曲線圖。當

21、線性霍爾器件當線性霍爾器件UGN3501MUGN3501M感受的磁場為零時，第一腳相對感受的磁場為零時，第一腳相對于第八腳的輸出電壓等于零；于第八腳的輸出電壓等于零；當線性霍爾器件當線性霍爾器件UGN3501MUGN3501M感受的磁場為正向磁鋼的感受的磁場為正向磁鋼的S S極極對準對準3501M3501M的正面時，輸出為正；磁場為反方向時，輸?shù)恼鏁r，輸出為正；磁場為反方向時，輸出為負，因此，運用起來更為方便。出為負，因此，運用起來更為方便。 霍爾線性集成傳感器普通由霍爾元件和放大器霍爾線性集成傳感器普通由霍爾元件和放大器組成，當外加磁場時，霍爾元件產(chǎn)生與磁場成線性組成，當外加磁場時，霍爾元

22、件產(chǎn)生與磁場成線性比例變化的霍爾電壓，經(jīng)放大器放大后輸出。比例變化的霍爾電壓，經(jīng)放大器放大后輸出。 霍爾線性傳感器廣泛用于位置、力、分量、厚霍爾線性傳感器廣泛用于位置、力、分量、厚度、速度、磁場、電流等的丈量或控制。度、速度、磁場、電流等的丈量或控制。 5.2.5 5.2.5 霍爾式傳感器的運用霍爾式傳感器的運用優(yōu)點優(yōu)點: 構(gòu)造簡單，體積小，分量輕，頻帶寬，動態(tài)特性構(gòu)造簡單，體積小，分量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好和壽命長好和壽命長運用：運用：電磁丈量：丈量恒定的或交變的磁感應強度、有功電磁丈量：丈量恒定的或交變的磁感應強度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自

23、動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的丈量。自動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的丈量。1.1.微位移和壓力的丈量微位移和壓力的丈量丈量原理：丈量原理：霍爾電勢與磁感應強度成正比，假設(shè)磁感應霍爾電勢與磁感應強度成正比，假設(shè)磁感應強度是位置的函數(shù)，那么霍爾電勢的大小就可以強度是位置的函數(shù)，那么霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。用來反映霍爾元件的位置。 運用：運用：位移丈量、力、壓力、應變、機械振動、加位移丈量、力、壓力、應變、機械振動、加速度速度 產(chǎn)生梯度磁場的表示圖產(chǎn)生梯度磁場的表示圖 位移量較小，適于丈量微位移和機械振動位移量較小，適于丈量微位移和機械振動 假設(shè)令霍爾元件的任務電流假設(shè)令霍爾元件

24、的任務電流堅持不變，而使其在一個均堅持不變，而使其在一個均勻梯度磁場中挪動，它輸出勻梯度磁場中挪動，它輸出的霍爾電壓的霍爾電壓VH值只由它在值只由它在該磁場中的位移量該磁場中的位移量Z來決議來決議。圖中。圖中3種產(chǎn)生梯度磁場的種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出特性曲的位移傳感器的輸出特性曲線，將它們固定在被測系統(tǒng)線，將它們固定在被測系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見，構(gòu)造器。從曲線可見，構(gòu)造b在在Z2mm時，時，VH與與Z有有良好的線性關(guān)系，且分辨力良好的線性關(guān)系，且分辨力可達可達1m，構(gòu)造，構(gòu)造C的靈的靈敏度高，

25、但任務間隔較小。敏度高，但任務間隔較小。 幾種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)和幾種霍爾幾種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)和幾種霍爾位移傳感器的靜態(tài)特性位移傳感器的靜態(tài)特性 霍爾線性位移傳感器原理霍爾線性位移傳感器原理霍爾線性位移傳感器霍爾線性位移傳感器霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器 彈簧管彈簧管 磁鐵磁鐵 霍爾片霍爾片 霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成，霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成，如下圖。如下圖。a的彈性元件為膜盒，的彈性元件為膜盒，(b)為彈簧片，為彈簧片，(c)為波紋管。磁為波紋管。磁系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場的復合系統(tǒng)，如系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場的復合系

26、統(tǒng)，如(a)、(b)，也可采，也可采用單一磁體，如用單一磁體，如c。 加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對位移，改動作用加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對位移，改動作用到霍爾元件上的磁場，從而改動它的輸出電壓到霍爾元件上的磁場，從而改動它的輸出電壓VH。由事先校準的。由事先校準的pf(VH)曲線即可得到被測壓力曲線即可得到被測壓力p的值。的值。加速度傳感器加速度傳感器 2.2.磁場的丈量磁場的丈量在控制電流恒定條件下，霍爾電勢大小與磁感應強度在控制電流恒定條件下，霍爾電勢大小與磁感應強度成正比，由于霍爾元件的構(gòu)造特點，它特別適用于微成正比，由于霍爾元件的構(gòu)造特點，它特別適用于微小氣隙

27、中的磁感應強度、高梯度磁場參數(shù)的丈量。小氣隙中的磁感應強度、高梯度磁場參數(shù)的丈量。cosBIKUHH霍爾電勢是磁場方向與霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)。霍爾電勢是磁場方向與霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)。運用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器運用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器3.3.轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速等物理量的丈量轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速等物理量的丈量按圖所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開按圖所示的各種方法設(shè)置磁體，將它們和霍爾開關(guān)電路組合起來可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器?；魻栮P(guān)電路組合起來可以構(gòu)成各種旋轉(zhuǎn)傳感器?；魻栯娐吠姾螅朋w每經(jīng)過霍爾電路一次，便輸出電路通電后，磁體每經(jīng)過

28、霍爾電路一次，便輸出一個電壓脈沖。一個電壓脈沖。 (a)徑向磁極徑向磁極 (b)軸向磁極軸向磁極 (c)遮斷式遮斷式 在轉(zhuǎn)軸上固定一個葉輪和磁體，用流體氣體、在轉(zhuǎn)軸上固定一個葉輪和磁體，用流體氣體、液體去推進葉輪轉(zhuǎn)動，便可構(gòu)成流速、流量傳液體去推進葉輪轉(zhuǎn)動，便可構(gòu)成流速、流量傳感器。感器。在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在接近磁體的位置上裝在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在接近磁體的位置上裝上霍爾開關(guān)電路，可制成車速表，里程表等等上霍爾開關(guān)電路，可制成車速表，里程表等等以下圖的殼體內(nèi)裝有一個帶磁體的葉輪，磁體旁裝有霍爾以下圖的殼體內(nèi)裝有一個帶磁體的葉輪，磁體旁裝有霍爾開關(guān)電路，被測流體從管道一端通入，推進葉輪帶動

29、與之開關(guān)電路，被測流體從管道一端通入，推進葉輪帶動與之相連的磁體轉(zhuǎn)動，經(jīng)過霍爾器件時，電路輸出脈沖電壓，相連的磁體轉(zhuǎn)動，經(jīng)過霍爾器件時，電路輸出脈沖電壓，由脈沖的數(shù)目，可以得到流體的流速。假設(shè)知管道的內(nèi)徑，由脈沖的數(shù)目，可以得到流體的流速。假設(shè)知管道的內(nèi)徑，可由流速和管徑求得流量。可由流速和管徑求得流量。霍爾流量計霍爾流量計 4 4、霍爾元件在電流丈量上的運用、霍爾元件在電流丈量上的運用 用霍爾元件丈量電流，都是經(jīng)過霍爾元件檢測通電用霍爾元件丈量電流，都是經(jīng)過霍爾元件檢測通電導線周圍的磁場來實現(xiàn)的。導線周圍的磁場來實現(xiàn)的。 在現(xiàn)代工程技術(shù)中，往往要丈量大直流電流，在現(xiàn)代工程技術(shù)中，往往要丈量大

30、直流電流，有時直流電流值高達有時直流電流值高達10KA10KA以上。以上。 過去，多采用電阻器分流的方法來丈量這樣大的過去，多采用電阻器分流的方法來丈量這樣大的電流。這種方法有許多缺陷，如分流器構(gòu)造復雜、電流。這種方法有許多缺陷，如分流器構(gòu)造復雜、笨重、耗電、耗銅等。笨重、耗電、耗銅等。 利用霍爾效應原理丈量大電流可以抑制上述的一利用霍爾效應原理丈量大電流可以抑制上述的一些缺陷。霍爾效應大電流計構(gòu)造簡單、本錢低、準些缺陷?；魻栃箅娏饔嫎?gòu)造簡單、本錢低、準確度高，在很大程度上與頻率無關(guān)，便于遠間隔丈確度高，在很大程度上與頻率無關(guān)，便于遠間隔丈量，丈量時不需求斷開回路。量，丈量時不需求斷開回路

31、。 1導線旁測法導線旁測法 這種方法是一種最這種方法是一種最簡單的方法，將霍爾簡單的方法，將霍爾元件放在通電導線的元件放在通電導線的附近，給霍爾元件通附近，給霍爾元件通以恒定電流，用霍爾以恒定電流，用霍爾元件丈量被測電流產(chǎn)元件丈量被測電流產(chǎn)生的磁場，就可以從生的磁場，就可以從元件輸出的霍爾電壓元件輸出的霍爾電壓中確定被測電流值。中確定被測電流值。 這種方法雖然構(gòu)造這種方法雖然構(gòu)造簡單，但丈量精度較簡單，但丈量精度較差，受外界干擾也大，差，受外界干擾也大，只適用一些不重要的只適用一些不重要的場所。場所。BICI通電電流通電電流VH 當導線中有電流流通時，導線當導線中有電流流通時，導線周圍產(chǎn)生磁場，使導磁體鐵芯磁化周圍產(chǎn)生磁場，使導磁體鐵芯磁化成暫時性磁鐵，在環(huán)形氣隙中就會成暫時性磁鐵，在環(huán)形氣隙中就會構(gòu)成一個磁場，導體中的電流越大，構(gòu)成一個磁場，導體中的電流越大，氣隙處的磁感應強度就越大，霍爾氣隙處的磁感應強度就越大，霍爾元器件輸出的霍爾電壓元器件輸出的霍爾電壓VH就越大。就越大?？梢越?jīng)過霍爾電壓檢測到導線中的可以經(jīng)過霍爾電壓檢測到導線中的電流。這種方法可以提高電流丈量電流。這種方法可以提高電流丈量的精度。的精度。導磁鐵心導磁鐵心霍爾元器件霍爾元器件通電導線通電導線I2導線貫串磁芯法導線貫串磁芯法 假設(shè)用鐵磁資料做成磁導體