传感器原理与检测技术教学课件作者童敏明第9章节霍尔传感器课件

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1、第二节霍尔元件连接方式和输出电路第三节霍尔元件的测量误差和补偿方法第九章霍尔传感器第一节霍尔效应和工作原理第四节霍尔传感器的应用学习要求1、了解霍尔效应和霍尔式传感器的工作原理2、学习和了解霍尔元件的连接方式3、熟悉霍尔元件的输出电路4、熟悉霍尔元件的补偿方法5、学习和掌握霍尔元件的测量误差第一节霍尔效应和工作原理霍尔效应：将一块通以电流I的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势UH。霍尔效应的原理图霍尔电动势：影响霍尔效应的因素：1．磁场与元件法

2、线的夹角如果磁场与薄片法线有一定夹角a(0至90O)，那么霍尔电势的值会减小，变化关系式为：2．元件的几何形状实际上当b加大或l／b减小时，载流子在磁场偏转中的损失会加大，UH将下降。图9-2给出元件尺寸l／b与f(l／b)的关系曲线。于是UH应表示为:图9-2元件尺寸l／b与f(l／b)的关系曲线3．控制电极对UH的短路作用以沿霍尔元件的长度方向l自左向右为x轴，测量UH(x)，得到不同宽长比时的曲线，如图9-3所示。图9-3UH随x的变化曲线2.1基本测量电路第二节霍尔元件连接方式和输出电路霍尔元件电路符号及

3、基本检测电路霍尔元件一般采用N型半导体材料制成，在矩形半导体的长边的两端面引出两根控制电流线，在元件短边两端引出两根霍尔输出端。因此，霍尔元件是一个四脚元件。2.2霍尔元件的连接方式1．当控制极电流为直流供电时2．当控制极电流为交流供电时2.3霍尔电势的输出电路霍尔元件是一种四端器件，本身不带放大器。霍尔电势一般在毫伏量级，在实际使用时必须加差分放大器。霍尔元件大体分为线性测量和开关状态两种使用方式，因此，输出电路有如图两种结构。第三节霍尔元件的测量误差和补偿方法3.1零位误差及补偿方法零位误差:霍尔元件在加控制

4、电流和不加外磁场时，而出现的霍尔电势。为了对霍尔元件的不等位电势进行补偿，可以将霍尔元件的半导体看作四部分连接而成，从而可以等效为电桥。如果两个霍尔电势极不在同一等位面上，电桥不平衡，不等位电势≠0。此时根据C、D两点电位高低，判断应在某一桥臂上并联一个电阻，使电桥平衡，从而就消除了不等位电势。不等位电势的几种补偿电路3.2温度误差及其补偿1〉利用输出回路并联电阻进行补偿如何选择适当的补偿电阻?在输入控制电流恒定的情况下，如果输出电阻随温度增加而增大，霍尔电势增加；若在输出端并联一个补偿电阻RL，则通过霍尔元件的

5、电流减小2〉利用输入回路的串联电阻进行补偿霍尔元件的控制回路用稳压电源E供电，其输出端处于开路工作状态。当输入回路串联适当的电阻R时，霍尔电势随温度的变化可得到补偿。第三节霍尔传感器的应用1．位移检测当霍尔元件置于两个极性相对的磁铁中间时，x＝0时，磁场强度B＝0，输出霍尔电动势为零。当x变化时，磁场强度B增大，输出电势增大，并且可以反映位移的方向。2．霍尔转速测量装置测量转速方法:永磁体装在轴侧的转速测量方法:转速测量装置电路图当磁钢与霍尔传感器重合时，霍尔传感器输出低电平，信号经非门整形后，形成脉冲，然后经A

6、DVFC32把频率转换成模拟电压输出，再送入ICL7106进行转换和驱动LCD。3．霍尔开关电子点火器在分电盘上装几个磁钢(磁钢数与汽缸数相对应)，在盘上装一霍尔开关传感器，每当磁钢转动到霍尔开关传感器时，输出一个脉冲，经放大升压后送入点火线圈。第九章小结霍尔传感器是基于半导体材料的霍尔效应原理制成的敏感元件。它一般用于位移检测、转速测量等等。由于输出端的不对称和其它原因，霍尔元件在外磁场为零的情况下，仍有电势输出，所以我们应用时一定要考虑其不等位电势的补偿及温度补偿。习题（1）什么是半导体材料的霍尔效应？（2）

7、霍尔电势与哪些因素有关？（3）试用霍尔元件设计一家庭防盗报警装置。（画出检测示意图和检测电路）