霍尔传感器论文 HEC- D系列霍尔电流传感器

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1、HEC-D系列霍尔电流传感器摘要：随着新器件和新的控制技术的使用,控制系统中的电流信号不再局限于传统的50Hz正弦波,而可能是各种形状复杂的脉动信号,且主电路和控制回路之间要隔离。传统的电流检测方法已经不能满足这些波形的控制和测量要求,因此必须结合实际需求研究和开发新的电流测量方法和检测设备,其中霍尔电流传感器正是在此背景下诞生的一种性能优越的电流测量装置。本文以HEC公司的产品为主线，介绍霍尔电流传感器原理,并对HEC各型号的电流传感器的主要性能作了一定的分析，并且列举了霍尔电流传感器的具体应用实例。关键词：

2、霍尔效应霍尔电流传感器车载应用一引言近年来，随着科技的发展，各种用电设备增多，用电量越来越大，用电环境需求精密，对电流的检测要求日益严格，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、检测电流或电压的传感器，即霍尔感器便日益被广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测大电流、电压的各个领域中。二工作原理2.1霍尔效应2.1.1霍尔效应原理将一块半导体或导体材料，沿

3、Z方向加以磁场，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势，如图1所示，这现象称为霍尔效应。称为霍尔电压。(a)(b)图1霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即(1)或(2)式（1）中称为霍尔系数，式（2）中称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv/(mA·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。如图1（a）所示，

4、一快长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片，置于沿Z轴方向的磁场中，在X轴方向通以电流I，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为(3)式中为电子的漂移运动速度，其方向沿X轴的负方向。e为电子的电荷量。指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A侧面积聚，同时在B侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y轴负方向上的横向电场（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力，A、B面之间的电位差为（即霍尔电压），则(4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有即得(5)此时B端电位高于A端电位。若N型单晶

5、中的电子浓度为n，则流过样片横截面的电流I=nebdV得(6)将(6)式代入(5)式得(7)2.1.2霍尔效应的副效应在测量霍尔电压时，会伴随产生一些副效应，影响到测量的精确度，这些副效应是：1.不等位效应由于制造工艺技术的限制，霍尔元件的电位极不可能接在同一等位面上，因此，当电流IH流过霍尔元件时，即使不加磁场，两电极间也会产生一电位差，称不等位电位差U。显然，U0只与电流IC有关，而与磁场无关。2.埃廷豪森效应（Etinghauseneffect）由于霍尔片内部的载流子速度服从统计分布，有快有慢，由于它们在

6、磁场中受的洛伦兹力不同，则轨道偏转也不相同。动能大的载流子趋向霍尔片的一侧，而动能小的载流子趋向另一侧，随着载流子的动能转化为热能，使两侧的温升不同，形成一个横向温度梯度，引起温差电压UE，UE的正负与IH、B的方向有关。3.能斯特效应（Nernsteffect）由于两个电流电极与霍尔片的接触电阻不等，当有电流通过时，在两电流电极上有温度差存在，出现热扩散电流，在磁场的作用下，建立一个横向电场EN，因而产生附加电压UN。UN的正负仅取决于磁场的方向。4.里纪-勒杜克效应（Righi-Leduceffect）由于

7、热扩散电流的载流子的迁移率不同，类似于埃廷豪森效应中载流子速度不同一样，也将形成一个横向的温度梯度而产生相应的温度电压URL，URL的正、负只与B的方向有关，和电流IH的方向无关。2.1.3霍尔效应的副效应的消除方法由于附加电压的存在，实测的电压，既包括霍尔电压UH，也包括U0、UE、UN和URL等这些附加电压，形成测量中的系统误差来源。但我们利用这些附加电压与电流IH和磁感应强度B的方向有关，测量时改变IH和B的方向基本上可以消除这些附加误差的影响。具体方法如下：当（+B，+IH）时测量，U1＝UH＋U0＋U

8、E＋UN＋URL（1）当（+B，-IH）时测量，U2＝－UH－U0－UE＋UN＋URL（2）当（-B，-IH）时测量，U3＝UH－U0+UE－UN－URL（3）当（-B，+IH）时测量，U4＝－UH＋U0－UE－UN－URL（4）式（1）－（2）＋（3）－（4）并取平均值，则得)这样处理后，除埃廷豪森效应引起的附加电压外，其它几个主要的附加电压全部被消除了。但因UE＜＜UH，故可将上式