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1、《工程测试技术基础》论文题目：霍尔传感器的工作原理及实际应用班级：姓名：学号：指导教师：霍尔传感器的工作原理及实际运用谭振超摘要：霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度
2、范围宽，可达－55℃～150℃。关键词：霍尔器件；霍尔效应；检测；补偿；1 霍尔传感器的工作原理按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。霍尔线性电路,它由霍尔元件、差分放
3、大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图2和图3。图2霍尔线性电路的功能框图图3霍尔线性电路UGN3501的磁电转换特性曲线差动霍尔电路(双霍尔电路)，它的霍尔电压发生器由一对相距2.5mm的霍尔元件组成，其功能框图见图6。图6差动霍尔电路的工作原理图使用时在电路背面放置一块永久磁体，当用铁磁材料制成的齿轮从电路附近转过时，一对霍尔片上产生的霍尔电压相位相反，经差分放大后，使器件灵敏度大为提高。用这种电路制成的汽车齿轮传感器具有极优的性能。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密
4、特触发器和输出级组成。由霍尔效应原理可知,当霍尔片处于磁场中,并在垂直于磁场的方向上通以电流时,霍尔片上与电流和磁场垂直的方向上将会有霍尔电势差VH=KBI输出.当通过霍尔片的电流恒定不变时,改变磁场的大小,可以改变霍尔电势差VH.开关型霍尔传感器由稳压器A、硅霍尔片B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五部分组成,如图1所示.从输入端1输入电压VCC,经稳压器A稳压后加在硅霍尔片B的两端,以提供恒定不变的工作电流.在垂直于霍尔片的感应面方向施加磁场,产生霍尔电势差VH,该VH信号经差分放大器C放大后送至施密特触发器D整形.当磁场达到“工作点”(即B
5、op)时,触发器D输出高电压(相对于地电位),使三极管E导通,输出端Vo输出低电位,此状态称为“开”.图1 开关型霍尔传感器构成当施加的磁场达到“释放点”(即Brp)时,触发器D输出低电压,使三极管E截止,输出端Vo输出高电位,此状态称为“关”.这样2次高低电位变换,使霍尔传感器完成了1次开关动作.如图2所示.Bop-Brp称为磁滞.在此差值内,输出电位Vo保持高电位或低电位不变,因而输出稳定可靠.图2 开关型霍尔传感器输出电压与外加磁感应强度关系2霍尔传感器测量的物理量及应用范围霍尔元件可以测量磁物理量及电量，还可以通过转换测量其他非电量。霍尔元件在工程技
6、术上的应用相当广泛，如测量技术、无线电技术、计算机技术及自动控制技术等。具体的应用产品有高斯计在、霍尔逻盘、大电流计、功率计、调制器、位移传感器、微波功率计、频率倍增器、回转器、乘法器、磁带或磁鼓读出器以及霍尔马达等。3开关型霍尔传感器的工程实现开关型霍尔传感器的设计方案很多,这里提供一种工程上实用的实施方案.3.1 元件的选择与确定硅霍尔片灵敏度K=21.7mV/(mA·T),工作电流的范围为0～10mA,本文将工作电流定为4mA.选用的磁钢是直径为D-=11.812mm,厚度为h-=3.806mm的钕铁硼.选用的施密特触发器为CD40106(六反相器).
7、当电源电压为VCC=15V时,触发器正触发的阈值电压为8.3V,负触发的阈值电压为5.2V(实测).初步选定霍尔开关的“工作点”为Bop=70mT,此时磁钢与霍尔片的距离为r=4.2mm.根据霍尔效应原理,当Bop=70mT时,霍尔电势差为VH=6.1mV.若要使D触发器输出转换为高电平,它的输入要大于8.3V,要将VH放大1360倍以上.由此增益推出,若要使D触发器输出转换为低电平,它的输入要小于5.2V,对应的VH小于3.8mV,“释放点”为Brp=44mT,此时磁钢与霍尔片的距离为r=5.4mm.硅霍尔片提供的差模直流信号VH放大后要用单端方式输出,虽
8、然它的差模信号只有几mV,但是共模噪声可高达几V,且
