传感器技术课件-霍尔式传感器.ppt

4.9 4.9 霍尔式传感器霍尔式传感器霍尔传感器是利用霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应半导体材料的霍尔效应进行测量的一种磁进行测量的一种磁敏式传感器，一般由锗、硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料敏式传感器，一般由锗、硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料制成。制成。它可以直接测量磁场及微位移量，已经广泛应用于电磁、压它可以直接测量磁场及微位移量，已经广泛应用于电磁、压力、加速度、振动等的测量领域。力、加速度、振动等的测量领域。目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，正目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。越来越受到人们的重视，应用日益广泛。11 1 1 1）霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应在与磁场垂直的在与磁场垂直的N型半导体薄片上通以电流型半导体薄片上通以电流I，由于，由于N型半导体的载流子为电型半导体的载流子为电子，因此电子将沿与电流相反的方向运动。由于洛仑磁力的作用，电子发生子，因此电子将沿与电流相反的方向运动。由于洛仑磁力的作用，电子发生偏转，一侧形成电子累积，另一侧形成正电荷累积，于是元件的横向便形成偏转，一侧形成电子累积，另一侧形成正电荷累积，于是元件的横向便形成了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受电场力当电子所受电场力 与洛仑兹与洛仑兹力力 相等时，电子的累积达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称相等时，电子的累积达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称为霍尔电场为霍尔电场 ，相应的电势称为霍尔电势，相应的电势称为霍尔电势 N型半导体薄片型半导体薄片h为霍尔片的为霍尔片的灵敏度系数灵敏度系数经过分析：经过分析：22 2 2 2）霍尔元件的应用）霍尔元件的应用）霍尔元件的应用）霍尔元件的应用根据霍尔输出与控制电流和磁感应强度的乘积成正比的关系可根据霍尔输出与控制电流和磁感应强度的乘积成正比的关系可知知，霍尔元件主要用在下述三个方面：，霍尔元件主要用在下述三个方面：1）保持元件的控制电流恒定保持元件的控制电流恒定，则元件的输出正比于磁感应强度则元件的输出正比于磁感应强度。因此，可以测定恒定和交变磁感应强度，如因此，可以测定恒定和交变磁感应强度，如高斯计高斯计；同时凡是能转；同时凡是能转化为磁感应强度变化的量都能进行测量，如化为磁感应强度变化的量都能进行测量，如位移位移、角度角度、转速转速和和加加速度速度等。等。2）保持元件感受的磁感应强度不变时保持元件感受的磁感应强度不变时，则元件的输出正比于控制电则元件的输出正比于控制电流流。因此，主要的应用有。因此，主要的应用有交、直流的电流表交、直流的电流表、电压表电压表等；同时凡能等；同时凡能转换为电流变化的量，均能进行测量。转换为电流变化的量，均能进行测量。3）当元件的控制电流和磁感应强度均变化时当元件的控制电流和磁感应强度均变化时，元件输出与两者乘积元件输出与两者乘积成正比成正比。因此，它可用于乘法、功率等的测量，如。因此，它可用于乘法、功率等的测量，如乘法计乘法计、功率计功率计等。等。3霍尔元件的组成：霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。霍尔元件是一霍尔元件是一种四端元件种四端元件3 3 3 3）霍尔元件）霍尔元件）霍尔元件）霍尔元件型号命名方法：型号命名方法：4霍尔片是一块矩形半导体薄片。霍尔片是一块矩形半导体薄片。控制电流端引线控制电流端引线（激励电极）（激励电极）霍尔电势输出端引线霍尔电势输出端引线（霍尔电极）（霍尔电极）基本电路形式基本电路形式54 4 4 4）霍尔传感器的应用）霍尔传感器的应用）霍尔传感器的应用）霍尔传感器的应用 霍尔元件及霍尔传感器的应用十分广泛。在测量领域，可霍尔元件及霍尔传感器的应用十分广泛。在测量领域，可用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等；在通信领用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等；在通信领域，可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频以及微波域，可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频以及微波功率测量等；在自动化技术领域，可用于无刷直流电机、速度功率测量等；在自动化技术领域，可用于无刷直流电机、速度传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的伺服系统和自动电力拖动系统等。伺服系统和自动电力拖动系统等。6（1）简易高斯计）简易高斯计 霍尔元件及传感器广泛用于磁场测量。图为一个简易高斯计电路，它直霍尔元件及传感器广泛用于磁场测量。图为一个简易高斯计电路，它直接采用线性型霍尔传感器接采用线性型霍尔传感器 UGN-3501M。7（2）计数装置）计数装置 下图是一个应用霍尔传感器对钢球进行计数的装置及电路。下图是一个应用霍尔传感器对钢球进行计数的装置及电路。8（3）霍尔接近开关）霍尔接近开关 利用开关型霍尔集成电路制作的接近开关具有结构简单、抗干扰能力强利用开关型霍尔集成电路制作的接近开关具有结构简单、抗干扰能力强的特点，如图所示。的特点，如图所示。9（4）霍尔转速表）霍尔转速表 霍尔转速表如图霍尔转速表如图 所示。所示。10（5）角位移测量仪）角位移测量仪 角位移测量仪其结构如图所示。角位移测量仪其结构如图所示。11（6）功率计）功率计 因为磁场因为磁场BIL，而负载电压，而负载电压VL用以产生样品电流用以产生样品电流I=VL/RVL（这里（这里R是比是比样品和样品和RL大得多的串联电阻），则大得多的串联电阻），则Hall电压电压VHIBVL IL。所以，测量出。所以，测量出Hall电压电压VH，即可直接得知负载，即可直接得知负载RL所消耗的功率所消耗的功率VLIL。12作作 业业 有有一一霍霍尔尔元元件件，其其灵灵敏敏度度为为K KH H1.2mV/mA.kGs 1.2mV/mA.kGs 把把它它放放在在一一个个梯梯度度（dB/dxdB/dx）为为5kGs/mm5kGs/mm的的磁磁场场中中，如如果果额额定定控控制制电电流是流是20mA20mA，设霍尔元件在平衡点附近作，设霍尔元件在平衡点附近作 摆动，问输出电压可达多少毫伏？摆动，问输出电压可达多少毫伏？13