【正文】 息 一 下 霍爾傳感器 霍爾傳感器 磁場(chǎng) 電能 工作原理： 半導(dǎo)體材料中的自由電子及空穴 隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向 一、霍爾效應(yīng) 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流 I 流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) EH。 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B為零時(shí)的情況 c d a b 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 較大時(shí)的情況 作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度 B越強(qiáng) ， 霍爾電勢(shì)也就越高 。 霍爾電勢(shì) EH可用下式表示： EH=KH IB 霍爾效應(yīng)演示 當(dāng)磁場(chǎng)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 c、 d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。 c d a b 磁場(chǎng)不垂直于霍爾元件時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì) 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)度是其法線方向 （ 與薄片垂直的方向 ） 的分量 ， 即 Bcos?， 這時(shí)的霍爾電勢(shì)為 EH=KHIBcos? 結(jié)論：霍爾電勢(shì)與輸入電流 I、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B成正比，且當(dāng)B的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，則霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。 二、霍爾元件 ?結(jié)構(gòu)：霍爾片、四根引線、殼體 ?材料：多采用 N型半導(dǎo)體材料 ?兩種表示符號(hào)：引線 1和 1‘ 稱(chēng)為激勵(lì)電極；引線 2和 2’ 稱(chēng)為霍爾電極。 三、霍爾傳感器組成與基本特性 基本組成：霍爾元件、激勵(lì)電源、測(cè)量電路、磁路 （ 1）基本電路 激勵(lì)電流 I由電源 供給，電阻 用來(lái)調(diào)節(jié)激勵(lì)電流 I的大小。 為輸出霍爾電勢(shì) 的負(fù)載電阻。 EUPR LRHU（ 2） 、霍爾元件的輸出電路 （ 3） 、輸出疊加連接方式 （檢測(cè)非電量） 為了獲得霍爾電壓隨位移變化的線性關(guān)系，磁場(chǎng)應(yīng)具有均勻的梯度變化特性。 B cx?產(chǎn)生梯度磁場(chǎng) ： 霍爾片沿 x方向移動(dòng)時(shí)，若控制電流 I保持不變，則霍爾電勢(shì)為： H H HU K I B K I c x k x? ? ? ?傳感器基本特性 (1)霍爾傳感器的靈敏度和線性度主要取決于磁路系統(tǒng)和霍爾元件的特性 。 (2)提高磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B和增大激勵(lì)電流 I， 也可獲得較大霍爾電勢(shì) 。 但 I的增大受到元件發(fā)熱的限制 。 3)霍爾傳感器動(dòng)態(tài)性能好。 四、測(cè)量誤差及其補(bǔ)償方法 不等位電壓及其補(bǔ)償 不等位電壓 U0—— B=0時(shí)的空載霍爾電勢(shì) 產(chǎn)生原因： 1176。 制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極對(duì)稱(chēng)地焊在霍爾片的兩側(cè) ， 使兩電極點(diǎn)不能完全位于同一等位面上； 2176。 霍爾元件電阻率或厚度不均勻 使等位面歪斜 ， 使兩霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動(dòng)勢(shì) 。 補(bǔ)償辦法 溫度誤差及其補(bǔ)償 （ 1） 溫度誤差產(chǎn)生原因 霍爾元件由半導(dǎo)體材料制成，因此它的輸入和輸出電阻、霍爾常數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電動(dòng)勢(shì)變化，產(chǎn)生溫度誤差。 （ 2） 溫度誤差補(bǔ)償電路 采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路 采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻 合理選取負(fù)載電阻 RL的阻值 采用溫度補(bǔ)償元件 選用溫度系數(shù)小的霍爾元件 采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻 10 采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻 設(shè) 0 ( 1 )HHHK K tK?? ? ?－ 為 霍 爾 片 的 靈 敏 系 數(shù)0 ( 1 )r r tr?? ? ?－ 為 霍 爾 片 的 輸 入 電 阻0 (1 )R R t?? ? ?選擇并聯(lián)電阻，可使溫度誤差減到極小而不影響霍爾元件的其他性能。 00 rR ???? ???20 采用恒壓源供電和輸入回路串聯(lián)電阻 根據(jù)電路等效的原理可知，恒壓源與補(bǔ)償電阻的串聯(lián)可以等效為恒流源與補(bǔ)償電阻的并聯(lián)。 30 合理選擇負(fù)載電阻 RL的值 當(dāng)霍爾元件接有負(fù)載（如放大器的輸入電阻） 時(shí)，在 上的電壓為 LR LR霍爾元件的輸出電阻 Ro和霍爾電勢(shì)都是溫度的函數(shù)： 0 ( 1 )ooR R b t? ? ?0 (1 )HHU U a t? ? ?00[ 1 ][ 1 ]L L HL H LL O L oR R U a tU U UR R R R b t??? ? ?? ? ? ?為使負(fù)載上的電壓不隨溫度而變化，應(yīng)使 ， 0LdUdt??即得 0 ( 1 )LobRRa??40 采用溫度補(bǔ)償元件 其中熱敏電阻 RT具有負(fù)溫度系數(shù)，電阻絲具有正溫度系數(shù) (a)、 (b)、 (c)補(bǔ)償霍爾輸出具有負(fù)溫度系數(shù)的溫度誤差； (d)補(bǔ)償 霍爾輸出具有正溫度系數(shù)的溫度誤差。 50 不等位電壓 U0的溫度補(bǔ)償 橋路補(bǔ)償法 ―― 在霍爾輸出端串入溫度補(bǔ)償電橋 2 ：控制電流 I不變，傳感器處于非均勻磁場(chǎng)中， UH?B 可進(jìn)行磁場(chǎng)、位移、角度、轉(zhuǎn)速、加速度等測(cè)量。 五、 霍爾傳感器的應(yīng)用 1： 磁場(chǎng)不變，即 B不變， UH?I 凡能轉(zhuǎn)換成電流變化的各量均能測(cè)量。 1－冷軋硅鋼片圓環(huán) 2－被測(cè)電流導(dǎo)線 3－霍爾元件 4－霍爾元件引腳 0 HH B x xU K I BK K I I K I? ? ?? ? ? ? ? ?BxB K I??霍爾式鉗形電流表 霍爾電流表 彈簧片 S的一端固定在傳感器的外殼上，中部裝有質(zhì)量塊 m， 末端裝有霍爾元件 H，在霍爾元件上下方裝有一對(duì)永久磁鐵。 傳感器外殼固定在被測(cè)振動(dòng)體上，當(dāng)被測(cè)物體做垂直方向振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換為霍爾元件在磁場(chǎng)中的位移而產(chǎn)生相應(yīng)的霍爾電勢(shì)。由霍爾電勢(shì)值可求得加速度。 霍爾式加速度傳感器 當(dāng)被測(cè)壓力 P送到膜盒中使膜盒變形時(shí)，膜盒中心處得硬芯及 與之相連得推桿產(chǎn)生位移，從而使杠桿繞其支點(diǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾 元件在兩個(gè)磁鐵形成的梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與位 移成正比，若膜盒中心的位移與被測(cè)壓力 P成線性關(guān)系，則霍 爾電勢(shì)的大小反映壓力的大小。 霍爾式微壓和壓力傳感器 汽車(chē)速度測(cè)量 : 3： I、 B均變化， UH?IB 可用于乘法、功率等方面的計(jì)算與測(cè)量。 例： 如果控制電流 為 I1,磁感應(yīng)強(qiáng)度 B由勵(lì)磁電流 I2產(chǎn)生，則霍爾 電勢(shì)可表示為： 12HU K I I?利用上面關(guān)系，可以做成模擬運(yùn)算的乘法器、功率器等。 sinI b mi K U t?? ? ?s i nB b mB K I t????Hu K i B? ? ?c o s c o s 2b b b bu K U I K U I t? ? ?? ? ?c osbbU K U I K P??? P為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的有功功率 總結(jié) 原始 輸入量 變換原理 物理現(xiàn)象 輸出量 I和 B 霍爾效應(yīng) 物性型 霍爾電勢(shì) 休 息 一 下 連接導(dǎo)體定律 ),(),(),( 00 TTETTETTTE nCDnABnA BC D ??熱電偶導(dǎo)體 A、 B分別與連接導(dǎo)線 C、 D相接， 總熱電勢(shì)為兩部分的代數(shù)和。 T 0TnTnTABCD意義： 運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)