【正文】 。在圖 ，（ a）的彈性元件為膜盒， (b)為彈簧片， (c)為波紋管。磁系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場(chǎng)的復(fù)合系統(tǒng)，如圖 (a)、 (b)，也可采用單一磁體，如（ c）。加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變作用到霍爾元件上的磁場(chǎng)，從而改變它的輸出電壓 VH。由事先校準(zhǔn)的 p～ f(VH)曲線即可得到被測(cè)壓力 p的值。 圖 幾種霍爾壓力傳感器的構(gòu)成原理 2) 霍爾應(yīng)力檢測(cè)裝置 圖 裝置。 (a)檢測(cè)向切應(yīng)力， (b)檢測(cè)壓應(yīng)力。箭頭所指是施加的外力方向。在圖 (a)中，儀器上用鋼作成上下兩個(gè)塊子，它們之間有兩條較細(xì)的梁支撐，在鋼下塊上置一銷柱，銷上貼兩對(duì)永磁體，形成均勻梯度磁場(chǎng)，在上塊上貼兩個(gè)霍爾傳感器，受剪切力作用后，支撐梁發(fā)生形變，使霍爾傳感器和磁場(chǎng)間發(fā)生位移，使傳感器輸出發(fā)生變化。由霍爾傳感器的輸出可從事先校準(zhǔn)的曲線上查得與該裝置相接的砂或土受到的剪切應(yīng)力。 圖 霍爾應(yīng)力檢測(cè)裝置 圖 (b)的磁體固定在受力后產(chǎn)生形變的膜片上 ， 霍爾傳感器固定在一桿上 。 檢測(cè)原理同上 。 應(yīng)用檢測(cè)壓應(yīng)力的原理 ， 可構(gòu)成檢測(cè)重量的裝置 ， 稱作霍爾稱重傳感器 。 3) 霍爾加速度傳感器 圖 。在盒體的 O點(diǎn)上固定均質(zhì)彈簧片 S,片 S的中部 U處裝一慣性塊 M，片 S的末端 b處固定測(cè)量位移的霍爾元件 H， H的上下方裝上一對(duì)永磁體，它們同極性相對(duì)安裝。盒體固定在被測(cè)對(duì)象上，當(dāng)它們與被測(cè)對(duì)象一起作垂直向上的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性塊在慣性力的作用下使霍爾元件 H產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)盒體的位移，產(chǎn)生霍爾電壓 VH的變化?？蓮?VH與加速度的關(guān)系曲線上求得加速度。 實(shí)現(xiàn)電－磁－電的轉(zhuǎn)換 眾所周知 ,在有電流流過的導(dǎo)線周圍會(huì)感生出磁場(chǎng) ,該磁場(chǎng)與流過的電流的關(guān)系 ,可由安培環(huán)路定理求出。 用霍爾器件檢測(cè)由電流感生的磁場(chǎng) ,即可測(cè)出產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的電流的量值。由此 ,可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。 圖 霍爾加速度傳感器的結(jié)構(gòu)及其靜態(tài)特性 因?yàn)榛魻柶骷妮敵鲭妷号c加在它上面的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及流過其中的工作電流的乘積成比例 ， 是一個(gè)具有乘法器功能的器件 ， 因而可用它檢測(cè)電功率 ， 構(gòu)成具有各種特殊功能的霍爾功率計(jì)和霍爾電度表 。 由輸入的電信號(hào)建立的磁場(chǎng) ， 經(jīng)霍爾器件的作用 ， 實(shí)現(xiàn)了磁電變換后 ， 又變成電信號(hào)輸出 ，這一變換實(shí)現(xiàn)了輸入－輸出信號(hào)間的電隔離 ， 由此可構(gòu)成隔離放大器 、 隔離耦合器等許多新型產(chǎn)品 。 1) 霍爾電流傳感器 霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 。 用一環(huán)形導(dǎo)磁材料作成磁芯 ， 套在被測(cè)電流流過的導(dǎo)線上 ， 將導(dǎo)線中電流感生的磁場(chǎng)聚集起來 ， 在磁芯上開一氣隙 ， 內(nèi)置一個(gè)霍爾線性器件 ， 器件通電后 ， 便可由它的霍爾輸出電壓得到導(dǎo)線中流通的電流 。 圖 （ a） 所示的傳感器用于測(cè)量電流強(qiáng)度較小的電流 ， 圖 (b)所示的傳感器用于檢測(cè)較大的電流 。 實(shí)際的霍爾電流傳感器有兩種構(gòu)成形式 ， 即直接測(cè)量式和零磁通式 。 2) 直接測(cè)量式霍爾電流傳感器 將圖 （ 必要時(shí)可進(jìn)行放大 ） 送到經(jīng)校準(zhǔn)的顯示器上 ， 即可由霍爾輸出電壓的數(shù)值直接得出被測(cè)電流值 。 這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 測(cè)量結(jié)果的精度和線性度都較高 。 可測(cè)直流 、 交流和各種波形的電流 。 但它的測(cè)量范圍 、 帶寬等受到一定的限制 。 在這種應(yīng)用中 ， 霍爾器件是磁場(chǎng)檢測(cè)器 ， 它檢測(cè)的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。 電流增大后 ， 磁芯可能達(dá)到飽和；隨著頻率升高 ， 磁芯中的渦流損耗 、 磁滯損耗等也會(huì)隨之升高 。 這些都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響 。 當(dāng)然 ， 也可采取一些改進(jìn)措施來降低這些影響 ， 例如選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個(gè)霍爾元件來進(jìn)行檢測(cè)等等 。 這類霍爾電流傳感器的價(jià)格也相對(duì)便宜 ， 使用非常方便 ， 已得到極為廣泛的應(yīng)用 ， 國(guó)內(nèi)外已有許多廠家生產(chǎn) 。 3) 零磁通式 （ 也稱為磁平衡式或反饋補(bǔ)償式 ） 霍爾電流傳感器 如圖 ， 將霍爾器件的輸出電壓進(jìn)行放大 ， 再經(jīng)電流放大后 ， 讓這個(gè)電流通過補(bǔ)償線圈 ， 并令補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反 ， 若滿足條件IoN1=IsN2， 則磁芯中的磁通為 0， 這時(shí)下式成立： Io=Is(N2/N1) (819) 式中， I1為被測(cè)電流，即磁芯中初級(jí)繞組中的電流， N1為初級(jí)繞組的匝數(shù)， I2為補(bǔ)償繞組中的電流， N2為補(bǔ)償繞組的匝數(shù)。由式（ 819）可知，達(dá)到磁平衡時(shí)，即可由 Is及匝數(shù)比 N2/N1得到 Io。 圖 霍爾電流傳感器的構(gòu)成原理 圖 霍爾零磁通電流傳感器 這個(gè)平衡過程是自動(dòng)建立的 ， 是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡 。 建立平衡所需的時(shí)間極短 。 平衡時(shí) ， 霍爾器件處于零磁通狀態(tài) 。 磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度極低 （ 理想狀態(tài)應(yīng)為 0） ， 不會(huì)使磁芯飽和 ， 也不會(huì)產(chǎn)生大的磁滯損耗和渦流損耗 。 恰當(dāng)?shù)剡x擇磁芯材料和線路元件 ， 可做出性能優(yōu)良的零磁通電流傳感器 。 在霍爾電流傳感器的輸出電路中接上恰當(dāng)?shù)呢?fù)載電阻器 ， 即可構(gòu)成霍爾電壓傳感器 。 霍爾電流傳感器的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電流的 “ 無電位 ” 檢測(cè) 。 即測(cè)量電路不必接入被測(cè)電路即可實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè) ， 它們靠磁場(chǎng)進(jìn)行耦合 。 因此 ， 檢測(cè)電路的輸入 、 輸出電路是完全電隔離的 。 檢測(cè)過程中 ， 被測(cè)電路的狀態(tài)不受檢測(cè)電路的影響 ， 檢測(cè)電路也不受被檢電路的景響 。 霍爾電流傳感器可以檢測(cè)從直流到 100kHz（ 通過仔細(xì)的設(shè)計(jì)和制作 ， 甚至可以達(dá)到 MHz級(jí) ）的各種波形的電流 ， 響應(yīng)時(shí)間可短到 1μ s以下 。 由于這些優(yōu)點(diǎn)，霍爾電流傳感器得到了極其廣泛的應(yīng)用。 霍爾隔離放大器 霍爾隔離放大器的原理框圖示于圖 ， 是以霍爾元件為中心 ， 構(gòu)成一個(gè)自平衡弱電流比較儀 ， 用以取代變壓器耦合隔離放大器中的調(diào)制 、 解調(diào)系統(tǒng) ， 使線路簡(jiǎn)化 。 仔細(xì)調(diào)整電流比較儀的電路 ， 將放大器的頻帶大大展寬 ， 使之可達(dá) DC～ 2MHz， 而且保持了磁耦合隔離放大器的增益精度和光耦合隔離放大器的線性度 ， 是一種高精度寬頻帶的隔離放大器 。 隔離放大器在空間技術(shù) 、 計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 醫(yī)療和儀器儀表中有十分重要的應(yīng)用 。 用作電磁隔離耦合器 用霍爾電流傳感器的工作原理 ， 可做成電磁耦合器 。 用初級(jí)線圈的電流控制霍爾器件的輸出 ， 用這個(gè)輸出信號(hào)控制其它的電路 ， 既收到隔離的效果 ， 又達(dá)到耦合的目的 。 用這種電路可做成霍爾繼電器 、 過載保護(hù)器 、 通信線路的保護(hù)開關(guān)等等 。 這種電磁耦合器既可做成開關(guān)式 ， 也可做成模擬量輸出式 。 此外 ， 用霍爾器件還可檢測(cè)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速；測(cè)量磁性材料的磁化強(qiáng)度 、 各向異性 、 旋轉(zhuǎn)損耗和時(shí)間效應(yīng)；測(cè)量直流電機(jī)的電磁力矩等等；還可和熱磁材料組合起來 ， 構(gòu)成熱磁開關(guān) 。 總之，因?yàn)榛魻柶骷膽?yīng)用原理簡(jiǎn)單，信號(hào)處理方便，器件本身又具有一系列的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使其應(yīng)用組合千變?nèi)f化。作為一種磁場(chǎng)傳感器和磁電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)器件，隨著人們對(duì)它的熟悉和了解，它們將象其他傳感器等基礎(chǔ)器件一樣，在各種信息采集和處理中發(fā)揮越來越重要的作用。 圖 霍爾隔離放大器的功能框圖 思考題 1. 什么是霍爾效應(yīng) ？ 2. 為什么導(dǎo)體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件 ？ 3. 為什么霍爾元件一般采用 N型半導(dǎo)體材料 ？ 4. 霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關(guān)系 ？ 5. 什么是霍爾元件的溫度特性 ？ 如何進(jìn)行補(bǔ)償 ？ 6. 集成霍爾傳感器有什么特點(diǎn) ？ 7. 寫出你認(rèn)為可以用霍爾傳感器來檢測(cè)的物理量 。 8. 設(shè)計(jì)一個(gè)采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng) 。