傳感器應(yīng)用技術(shù)項目五

基于霍爾傳感器的車速測量儀的設(shè)計與制作霍爾元件的溫度特性及補償方法霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化時，霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化，從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。

霍爾元件的溫度特性霍爾元件的溫度特性將溫度每變化1℃時，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對變化率Rt/Ro稱為內(nèi)阻溫度系數(shù)，用表示。將溫度每變化1℃時，霍爾電壓的相對變化率UHt/UH0稱為霍爾電壓溫度系數(shù)，用表示。1.溫度對內(nèi)阻影響霍爾元件控制電流兩端之間的輸入電阻和霍爾電勢兩輸入端的輸出電阻?；魻栐牟牧喜煌?，內(nèi)阻與溫度的關(guān)系不同，內(nèi)阻與溫度的關(guān)系如圖所示。

霍爾元件的溫度特性從圖中可以看出銻化銦溫度最敏感，其溫度系數(shù)最大，低溫范圍內(nèi)尤其明顯，其次是硅，砷化銦的溫度系數(shù)最小。圖（b）中比較了HZ-1,2,3和HZ-4型元件內(nèi)阻與溫度的關(guān)系。HZ-1,2,3三種元件的溫度系數(shù)在80℃左右開始由正變負(fù)，而HZ-4在120℃左右開始由正變負(fù)。

霍爾元件的溫度特性2.溫度對霍爾輸出的影響

下圖給出了各種材料的霍爾輸出隨溫度變化的情況?？梢钥闯鲣R化銦的變化最明顯；硅的霍爾電勢溫度系數(shù)最小；其次是砷化銦和鍺。HZ型元件的霍爾輸出電勢與溫度關(guān)系如圖（b）所示。當(dāng)溫度在50℃左右時，HZ-1,2,3輸出的溫度系數(shù)由正變負(fù)，而HZ-4則在80℃左右由正變負(fù)。此轉(zhuǎn)折點的溫度稱為元件的臨界溫度?？紤]到元件工作時的溫升，工作溫度還適當(dāng)降低。

霍爾元件的溫度特性1.采用恒流源和輸入回路串聯(lián)電阻

為了減小霍爾的溫度誤差，除選用溫度系數(shù)較小的元件或采用恒溫措施外，用恒流源供電往往可以得到明顯的效果。恒流源供電的作用是減小元件內(nèi)阻隨溫度變化而引起的控制電流的變化。但采用恒流源供電還不能完全解決霍爾電勢的穩(wěn)定問題，因此，還必須結(jié)合其他補償電路?；魻栐囟日`差的補償方法下圖所示是一種既簡單，又有較好的補償效果的補償線路。在該線路中，控制電流極并聯(lián)一個合適的補償電阻Ro，這個電阻起分流作用。當(dāng)溫度升高時，霍爾元件的內(nèi)阻迅速增加，所以通過元件的電流減小，而通過補償電阻Ro的電流卻增加，這樣利用元件內(nèi)阻的溫度特性和一個補償電阻就能自動調(diào)節(jié)通過霍爾元件的電流大小，從而起到補償作用。

1.采用恒流源和輸入回路串聯(lián)電阻

霍爾元件溫度誤差的補償方法2.合理選擇負(fù)載電阻RL的阻值霍爾電勢的負(fù)載通常是放大器、顯示器或記錄儀的輸入電阻，其值一定，可用串、并聯(lián)電阻的方法使輸出負(fù)載電壓不變，但此時靈敏度將相應(yīng)有所降低?；魻栐囟日`差的補償方法2.合理選擇負(fù)載電阻RL的阻值霍爾元件的輸出電阻Ro和霍爾電動勢UH都是溫度的函數(shù)(設(shè)為正溫度系數(shù))，當(dāng)霍爾元件接有負(fù)載RL時，在RL上的電壓為：為了負(fù)載上的電壓不隨溫度變化，應(yīng)使dUL/d(t-t0)=0，即霍爾元件溫度誤差的補償方法3.采用溫度補償元件(如熱敏電阻、電阻絲)霍爾輸出隨溫度升高而下降，只要能使控制電流隨溫度升高而上升，就能進行補償。由于熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，電阻絲具有正溫度系數(shù)，可采用輸入回路串接熱敏電阻，輸入回路并接電阻絲，

當(dāng)溫度上升時其阻值下降，從而使控制電流上升?；魻栐囟日`差的補償方法3.采用溫度補償元件(如熱敏電阻、電阻絲)輸出端串接熱敏電阻，對具有負(fù)溫度系數(shù)的銻化銦材料霍爾元件進行溫度補償。負(fù)載RL上的霍爾電勢隨溫度上升而下降的量被熱敏電阻阻值減小所補償。實際使用時，熱敏電阻最好與霍爾元件封在一起或靠近，使它們溫度變化一致。霍爾元件溫度誤差的補償方法3.采用溫度補償元件(如熱敏電阻、電阻絲)可采用輸入端并接熱敏電阻方式對輸出具有正溫度系數(shù)的霍爾元件進行溫度補償。電橋由溫度系數(shù)低的電阻構(gòu)成，在某一橋臂電阻上并聯(lián)一熱敏電阻?；魻栐囟日`差的補償方法3.采用溫度補償元件(如熱敏電阻、電阻絲)當(dāng)溫度變化時，熱敏電阻將