【文章內容簡介】 用時，存在多種因素影響其測量精度，造成測量誤差的主要因素有兩類：一類是半導體固有特性；一類為半導體制造工藝的缺陷。 其表現(xiàn)為 零位誤差 (不等位電勢誤差 )和溫度誤差 。 三、霍爾元件測量誤差和補償 《 傳感器原理及應用 》 ? 當霍爾元件通以激勵電流 I 時 ， 若磁場 B=0， 理論上霍爾電勢 UH=0， 但實際 UH≠0， 這時測得的空載電勢稱不等位電勢 U0 。 產(chǎn)生的原因： 霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等位面上， 或激勵電極接觸不良。 半導體材料不均勻，幾何尺寸不均勻，造成電阻率不均勻。 (1) 不等位電勢 HHU K IB?《 傳感器原理及應用 》 ? 不等位電勢的補償 分析不等位電勢時可把霍爾元件等效為一個電橋 ? 不等位電壓相當于橋路初始有不平衡輸出，U0≠0，可在電阻大的橋臂上并聯(lián)電阻。 ? 不等位電勢可表示為 U0 = r0 IH, r0為不等位電阻 《 傳感器原理及應用 》 ? 霍爾元件是半導體元件 ， 它的許多參數(shù)與溫度有關 。當溫度變化時 ， 載流子濃度 n、 遷移率 μ、 電阻率 ρ，霍爾系數(shù) RH都會變化 。 (2) 溫度誤差及補償 ? 靈敏度與溫度系數(shù)關系 ? 恒流源補償： 由 UH = KH I B 可見，恒流源 I 供電可使 UH穩(wěn)定， 但靈敏度系數(shù) KH = RH /d = ρμ/d 也是溫度的函數(shù)， 溫度 T變化時，靈敏度 KH也變化。 00 0[ 1 ( ) ] [ 1 ]H t H HK K t t K T??? ? ? ? ? ?《 傳感器原理及應用 》 ? 恒流源補償方法 :在霍爾元件上并聯(lián)一分流電阻 Rp IH RIN 當 T IP UH ? 由于恒流源電流 I 不變， R p自動增加分流，使 I p 增大， IH 下降， UH下降； ? 補償電阻 Rp 可選擇負溫度系數(shù) . IH RP T IP UH KH = RH /d =ρμ/d ? 多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)， T KH ，可通過減小 I 保持 KH I 不變，抵消溫度造成 KH 增加的影響。 《 傳感器原理及應用 》 四、霍爾元件的應用電路 1. 基本測量電路 控制電流 I 由電源 E 供給，電位器 W 調節(jié)控制電流 I 的大小?；魻栐敵鼋迂撦d電阻 RL ， RL 可以是放大器的輸入電阻或測量儀表的內阻。由于霍爾元件必須在磁場與控制電流作用下，才會產(chǎn)生霍爾電勢 UH ，所以在測量中，可以把 I 和 B 的乘積，或者 I ，或者 B 作為輸入信號，則霍爾元件的輸出電勢分別正比于 I B 或 I 或 B 。 基本電路 UH＝ KH IB 《 傳感器原理及應用 》 2. 霍爾元件的驅動方式 霍爾元件的控制電流可以采用恒流驅動或恒壓驅動。 （ a）恒流驅動 （ b）恒壓驅動 《 傳感器原理及應用 》 圖（ a）為直流供電情況?？刂齐娏鞫瞬⒙?lián)，由 W W2調節(jié)兩個元件的輸出霍爾電勢， A、 B為輸出端，則它的輸出電勢為單片的兩倍。 圖（ b）為交流供電情況?？刂齐娏鞫舜?lián)，各元件輸出端接輸出變壓器 B 的初級繞組，變壓器的次級便有霍爾電勢信號疊加值輸出。 （ a） （ b） 3. 霍爾元件的連接方式 除了霍爾元件基本電路形式之外，如果為了獲得較大的霍爾輸出電勢，可以采用幾片疊加的連接方式。 《 傳感器原理及應用 》 4. 霍爾電勢的輸出電路 霍爾元件是一種 四端器件 ，本身不帶放大器?；魻栯妱菀话阍诤练考?，在實際使用時必須加差分放大器?；魻栐篌w分為線性測量和開關狀態(tài)兩種使用方式，因此，輸出電路有兩種結構。 （ a）線性應用 （ b）開關應用 當霍爾元件作線性測量時 ， 最好選用靈敏度低一點 、 不等位電勢小 、穩(wěn)定性和線性度優(yōu)良的霍爾元件 。 當霍爾元件作開關使用時，要選擇靈敏度高的霍爾器件。 《 傳感器原理及應用 》 集成霍爾傳感器： 利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測量線路集成在一起的霍爾傳感器 ， 取消了傳感器和測量電路之間的界限 ， 實現(xiàn)了 材料 、元件 、 電路三位一體 。 集成霍爾傳感器由于減少了焊點 ， 顯著地提高了可靠性 ， 還具有 體積小 、 重量輕 、 功耗低等優(yōu)點 ， 應用越來越廣泛 。 五、集成霍爾傳感器 開關型集成霍爾傳感器 霍爾開關電路 開關型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過處理后輸出一個高電平或低電平的數(shù)字信號 。 霍爾開關電路又稱霍爾數(shù)字電路 ， 由穩(wěn)壓器 、 霍爾片 、 差分放大器 ， 施密特觸發(fā)器和輸出級五部分組成 。 167。 霍爾式傳感器 《 傳感器原理及應用 》 167。 霍爾式傳感器 線性集成霍爾傳感器 線性集成霍爾傳感器：霍爾元件與放大線路集成在一起的傳感器 。 輸出電壓與外加磁場成線性比例關系 。 一般由霍爾元件 、 差分放大 、 射極跟隨輸出及穩(wěn)壓四部分組成 。 線性霍爾集成傳感器廣泛用于位置 、 力 、 重量 、 厚度 、 速度 、 磁場 、 電流等的測量或控制 。 《 傳感器原理及應用 》 六、霍爾傳感器的應用 利用霍爾傳感器的磁電轉換特性可以十分方便地測量磁場強度、電流等有關的物理量。 按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它將許多非電、非磁的物理量，例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數(shù)、轉速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。 （壓力）測量 （接近開關） 《 傳感器原理及應用 》 對上式積分 UH = K x 霍爾電勢與位移量成線性關系，其輸出電勢的極性反映了位移方向。 磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線性度越好 。 當 x＝ 0 時，則元件置于磁場中心位置， UH＝ 0。這種位移傳感器一般可測量 1~2 mm的微小位移，其特點是慣性小，響應速度快，無觸點測量。利用這一原理可以測量與之有關的非電量，如力、壓力、加速度、液位和壓差等。 1．位移測量 在梯度磁場中放置一個霍爾元件。當控制電流 I 恒定不變時，霍爾電勢 UH 與磁感應強度成正比；若磁場在一定范圍內沿 x方向的變化梯度 dB / dx 為一常數(shù)，則當霍爾元件沿 x 方向移動時，霍爾電勢變化為 KxBdIRxU ?? dddd HH （位移傳感器的輸出靈敏度） 《 傳感器原理及應用 》 霍爾元件置于磁場中 ， 左半部磁場方向向上 ， 右半部磁場方向向下 。 從 a端通人電流 I， 左和右半部產(chǎn)生霍爾電勢 UH1和 UH2， 方向相反 。 因此 ， c、 d兩端電勢為 UH1UH2。 若 霍 爾 元 件 在 初 始 位 置 時UH1=UH2， 則輸出為零 。 改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置時 ， 可得輸出電壓 ， 大小正比于位移量 。 《 傳感器原理及應用 》 當力 F作用在懸臂梁上時，梁將發(fā)生變形，霍爾器件將有與力成正比的電壓輸出，通過測試電壓即可測出力的大小。力與電壓輸出有一些非線性時，可采用電路或單片機軟件來補償。 2. 力 (壓力 )測量 《 傳感器原理及應用 》 《 傳感器原理及應用 》 3. 角度測量 ?s inHH IBKU ? 將霍爾器件置于永久磁鐵的磁場中，其輸出霍爾電勢 UH為 《 傳感器原理及應用 》 《 傳感器原理及應用 》 4. 霍爾加速度傳感器 霍爾式加速度傳感器 上下方向的加速度 成比例的慣性力 梁發(fā)生彎曲變形 自由端產(chǎn)生與加速度成比例的位移 霍爾元件輸出與加速度成比例的霍爾電勢 UH。 《 傳感器原理及應用 》 5. 霍爾電流傳感器（霍爾傳感器測電流） 霍爾傳感器廣泛用于測量電流 ， 從而可以制成電流過載檢測器或過載保護裝置；在電機控制驅動中 ， 作為電流反饋元件 ， 構成電流反饋回路 。 《 傳感器原理及應用 》 鐵心 將被測電流的導線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。當有電流通過導線時，在導線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線集中在鐵心內，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。 線性霍爾 IC 《 傳感器原理及應用 》 下面以 UGN3501M霍爾傳感器為例 ，闡明其測量電流的原理 。 標準軟磁材料圓環(huán)中心直徑為 40mm，截面積為 4 4mm2（ 方形 ） ， 圓環(huán)上有一缺口 ， 放入霍爾傳感器 ， 圓環(huán)上繞有11匝線 ， 并通過檢測電流 。 根據(jù)磁路理論 ， 可以算出電流為 50A時 ， 可產(chǎn)生 磁場強度 。 由于 UGN3501M的 靈敏度 為14mV／ mT， 則在 0~50A電流范圍內 ，其輸出電壓變化為 0~。 《 傳感器原理及應用 》 壓舌 豁口 霍爾鉗形電流表（交直流兩用） 霍爾式電流諧波分析儀 《 傳感器原理及應用 》 《 傳感器原理及應用 》 6. 霍爾功率傳感器 利用 UH =KHIB 關系，如果 I 和 B 是兩個獨立變量，霍爾器件就是一個簡單實用的模擬乘法器；如果 I 和 B 分別與某一負載兩端的電壓和通過的電流有關，則霍爾器件便可用于負載功率測量。 霍爾器件測電功率 BiKu cHH ? 負載 ZL所取電流 i 流過鐵芯線圈以產(chǎn)生交變磁感強度 B，電源電壓 U經(jīng)過降壓電阻 R得到的交流電流 ic流過霍爾器件，則霍爾器件輸出電壓 uH便與電功率 P成正比，即 iuP ??《 傳感器原理及應用 》 還可以完成乘方、開方、到數(shù)、除法、開立方等功能。 霍爾元件平方器 霍爾元件開方器 《 傳感器原理及應用 》 7. 霍爾計數(shù)裝置（接近開關） UGN3501T具有較高的靈敏度，能感受到很小的磁場變化，因而可以檢測鐵磁物質的有無，利用這一特性可以制成計數(shù)裝置。 從圖中還可以看出，霍爾元件也是一種接近開關。 《 傳感器原理及應用 》 霍爾式接