发电传感器2霍尔式传感器

《发电传感器2霍尔式传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《传感器与自动检测技术》第三章发电传感器[2]霍尔式传感器淮南联合大学机电系洪滨E-mail:hongbin205011@163.commobile:13855461259http:hongbin2050.wiseman.tv【题1】：什么是霍耳效应?简述霍耳传感器的特点。【题2】：影响霍尔元件测量精度的因素有哪些？霍尔元件的测量误差的补偿方法有哪几种？补充题：【题3】设计一种霍尔液位控制器，要求：1)、画出磁路系统示意图。2)、画出电路原理简图。3)、简要说明工作原理。一、霍尔效应及传感器1879年美国物理学家

2、霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应,但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。它广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。1、霍尔效应与霍尔元件半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。霍尔元件符号当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向

3、的端面之间建立起霍尔电势。霍尔效应原理图霍尔效应演示若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍尔电势为:EH=KHIBcos。结论：任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不一定都可以制造霍尔元件。☆绝缘材料电阻率很大，电子迁移率很小，不适用；☆金属材料电子浓度很高，RH很小，UH很小，不适用。☆半导体电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型半导体（多电子）。★由EH=KHIBco

4、s式可见，厚度d越小，霍尔灵敏度KH越大，所以霍尔元件做的较薄，通常近似1.0微米。2、霍尔元件结构及测量电路霍尔元件的结构很简单，由霍尔片、四极引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，在它的长度方向两端面上焊有两根引线(图中a、b线),称为控制电流端引线，通常用红色导线。在薄片的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有两根霍尔输出端引线(图中c、d线)，通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极，要求欧姆接触，且电极宽度与长度之比要小于0.1，否则影响输出。霍尔元件的基本测量电路如图所示。激励电流由电源E供给，

5、可变电阻RP用来调节激励电流I的大小。RL为输出霍尔电动势UH的负载电阻，通常它是显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。位移传感器图4-21霍尔元件的测量电路霍尔元件外型3、霍尔元件的主要技术指标1）、额定激励电流IH和最大允许激励电流Imax当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而增加,所以,使用中希望选用尽可能大的激励电流,因而需要知道元件的最大允许激励电流,改善霍尔元件的散热条件,可以使激励电流增加

6、。线性区2）、输入电阻Ri和输出电阻RS激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对外电路来说相当于一个电压源,其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且环境温度在20℃±5℃时确定的。3)、不等位电势及零位电阻r0当霍尔元件通以激励电流IH时，若磁场B=0，理论上霍尔电势UH=0,但实际UH不等于0，这时测得的空载电势称不等位电势U0。等位电动势U0也可用不等位电阻r0(或称零位电阻)表示，即：a)、引出电极不对称b)、半导体材料不均匀产生不等位电势的原因4）、寄生直流电势在外加磁场为零

7、,霍尔元件用交流激励时,霍尔电极输出除了交流不等位电势外,还有一直流电势,称寄生直流电势。寄生直流电势一般在1mV以下,它是影响霍尔片零漂的原因之一。其产生的原因有:①激励电极与霍尔电极接触不良,形成非欧姆接触,造成整流效果；②两个霍尔电极大小不对称,则两个电极点的热容不同,散热状态不同形成极向温差电势。5）、热阻RQ：表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入lmw的电功率时产生的温升，单位为。C/mW。4、霍尔元件的补偿电路(1)、不等位电动势的补偿不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电

8、势,而实用中要消除不等位电势是极其困难的,因而必须采用补偿的方法。由于不等位电动势与不等位电阻是一致的，因此可以用分析其电阻的方法来进行补偿。如图所示,其中A、B为激励电极,C、D为霍尔电极,极分布电阻分别用R1、R2、R3、R4表示。理想情况下,R1=R2=R3=R4,即可取得零位电势为零。a)在较大臂上并联电阻b)在两个臂上并联电阻实际上,由于不等位电阻的存在,说明此