霍爾傳感器簡介

　　霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強(qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

　　霍爾傳感器原理

　　由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢的大小取決于：Rh為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān)；I為霍爾元件的偏置電流；B為磁場強(qiáng)度；d為半導(dǎo)體材料的厚度。

　　對于一個給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流I固定時，UH將完全取決于被測的磁場強(qiáng)度B。

　　一個霍爾元件一般有四個引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流I的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路，就會產(chǎn)生霍爾電流。一般地說，偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準(zhǔn)電壓源給出；若精度要求高，則基準(zhǔn)電壓源均用恒流源取代。為了達(dá)到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導(dǎo)磁系數(shù)的鍍膜合金；這類傳感器的霍爾電勢較大，但在0.05T左右出現(xiàn)飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。

　　在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓。

　　霍爾傳感器工作原理

　　磁場中有一個霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。

　　霍爾電壓隨磁場強(qiáng)度的變化而變化，磁場越強(qiáng)，電壓越高，磁場越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。下圖所示的方法是用一個轉(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

　　霍爾傳感器主要特性參數(shù)

　　（1）輸入電阻R

　　霍爾傳感器元件兩激勵電流端的直流電阻稱為輸入電阻。它的數(shù)值從幾歐到兒百歐，視不同型號的元件而定。

　　溫度升高，輸入電阻變小，從而使輸入電流變大，最終引起霍爾傳感器電勢變化。為了減少這種影響，最好采用恒流源作為激勵源。

　　（2）輸出電阻R

　　兩個霍爾傳感器電勢輸出端之間的電阻稱為輸出電阻，它的數(shù)位與輸入電阻同一數(shù)量級。它也隨溫度改變順改變。選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)載電阻易與之匹配，可以使由溫度引起的程水電勢的漂移減至最小。

　　（3）最大激勵電流I---霍爾傳感器參數(shù)

　　由于霍爾傳感器電勢隨激勵電流的增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流1M但激勵電流增大，程爾元件的功耗增大，元件的溫皮升高，從而引起霍爾傳感器屯勢的溫漂增大，因此每種型號的幾件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至幾百毫安。

　　（4）靈敏度K

　　靈敏度KH=EH/IB，它的數(shù)值約為10MV（MA.T）左右。

　　（5）最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM---霍爾傳感器參數(shù)

　　磁感應(yīng)強(qiáng)度超過BM時，霍爾傳感器電勢的非線性誤差將明顯增大，特斯撿（T）成幾千高斯（Gs）（1Gs=104T）。

　　（6）個等位電勢

　　在額定激勵電流F，當(dāng)外加磁場為零時它是由于4個屯極的幾何尺寸不對稱引起的誤差。

　　（7）霍爾傳感器屯勢溫度系數(shù)

　　6M的數(shù)值一般為零點(diǎn)刀霍爾傳感器輸出端之間的開路電壓稱為不等位電勢，使用時多采用電橋法來補(bǔ)償不等位電勢引起日在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵電流的作用下，溫度每變化1攝氏度時，霍爾傳感器電勢變化的百分?jǐn)?shù)弱為霍爾傳感器電勢溫度系數(shù)，它與霍爾傳感器元件的材料有關(guān)。

　　霍爾傳感器功能特點(diǎn)

　　1、霍爾傳感器可以對任意波形的電流電壓進(jìn)行測量，但是普通的傳感器就不具有這種功能，普通傳感器只是用于測量50Hz正弦波;

　　2、霍爾傳感器的原邊電路與副邊電路之間的電氣隔離是比較好的，隔離的電壓最高達(dá)到了9600Vrms;

　　3、霍爾傳感器是一款精度高傳感器，傳感器在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，這樣的測量精度無論對于什么波形的測量都是比較適合的。

　　4、霍爾傳感器的線性度優(yōu)于0.1%;并且霍爾傳感器是系列產(chǎn)品，電流測量可達(dá)50KA，電壓測量可達(dá)6400V。

　　5、寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs;但是電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內(nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。

　　霍爾傳感器優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μm級）。

　　寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內(nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。

　　測量范圍廣泛：電流測量可達(dá)50KA，電壓測量可達(dá)6400V。

　　結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

　　缺點(diǎn)：

　　互換性比較差，信號隨溫度變化，非線性輸出，最好用單片機(jī)進(jìn)行非線性和溫度校正。

　　霍爾傳感器的檢測方法

　　1、開關(guān)型霍爾傳感器的檢測

　　開關(guān)型霍爾傳感器的測試方法如下：首先，找一只2kQ的電阻ILL接于①、③腳之間，并將12V直流電源的正極接于開關(guān)型霍爾傳感器的①腳、負(fù)極接于開關(guān)型霍爾傳感器的②腳（如圖1a所示）。將萬用表置于直流50V擋，紅表筆接⑧腳、黑表筆接②腳，觀察萬用表的指針變化當(dāng)用磁鐵N極接近傳感器的測試點(diǎn)時，萬用表的指針由高電平端向低電平端偏轉(zhuǎn)；當(dāng)磁鐵N極遠(yuǎn)離傳感器的測試點(diǎn)時，萬用表指針由低電平端向高電平端偏轉(zhuǎn)。如果磁鐵N極接近或遠(yuǎn)離傳感器的測試點(diǎn)時萬用表的指針均不偏轉(zhuǎn)，則說明該開關(guān)型霍爾傳感器已損壞，應(yīng)及時更換。

　　2．線性型霍爾傳感器的檢測

　　線性型霍爾傳感器測試方法如下：首先，將圖1a中電阻ILL換接于②、③腳之間，并將12V直流電源的正極接于線性型霍爾傳感器的①腳、負(fù)極接于線性型霍爾傳感器的②腳。將萬用表置于直流50V擋，萬用表的紅表捧接③腳、黑表棒接②腳。觀察萬用表的指針變化，當(dāng)用磁鐵N極逐漸接近傳感器的測試點(diǎn)時，萬用表所測電壓應(yīng)成線性變化，否則，說明該線性型霍爾傳感器已損壞，應(yīng)及時更換