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1、4《乌奋木齐成人教育学院学报》999年第期浅谈线性型霍尔传感器在测量中的部分应用郑筱莉乌(鲁木齐教育学院理化系82000,,摘要利用线性型霍尔传感器的功能对部分昨电全以及电圣进行了浏全使霍尔传感琴的应用更为广泛。关键词霍尔效应霍尔传感器线性型浏璧中图分类号TM93,。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器其核心部分是霍尔元件霍尔传感器分线性型和开关型两种。由于霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性强、体积小和耐高,、、温等优点所以目前已广泛应用到非电量测量自动控制计算机装置和现代军事技术领域。特别在测量上的应用更为突出,为此,笔者就线
2、性型霍尔传感器应用在测量磁场、位、、压、,。移角度力电流等作一介绍以供参考1霍尔效应霍尔效应是半导体中的自由电荷受磁场中洛仑兹力作用而产生的。而霍尔传感器应用的基本原理是霍尔效应。:,a,,,如图(1)所示一块P型半导体薄片长度为宽度为b厚度为d将此片置于磁感应,,强度为B的磁场中磁场方向沿Z轴正方向当在半导体中沿着X轴正方向通以电流强度。,二为I的电流时半导体中的载流子(空穴)将受到洛仑兹力F~qvxB的作用使运动方向发,,生偏转则在半导体另外相对的两面有电荷的积累这些积累的电荷会在磁场和电流两者垂直。H。的方向上产生一个大小与控制电流I和磁感
3、应强度B乘积成比例的横向电势UHo即U=KlB(1),。此现象为霍尔效应该半导体薄片称为霍尔元器件(也称霍尔片)其中K~1/pqd为霍,,,尔元器件的灵敏度P为载流子(空穴)的浓度q为载流子所带电荷的电量d为霍尔元器件,H。,`,的厚度U称为霍尔电势图(2)为霍尔元器件的符号其11端为控制电流的输入输出端22,。端为霍尔电势的输出端郑筱莉浅谈线性型,尔传感器在测t中的部分应用’i/尸J…!了l区图(l)霍尔效应原理示意图图(2)霍尔元琴件符号霍尔元器件是一种四端器件。因为霍尔电势的值一般较小,本身又不具备放大作用,所以在使用时必须配置放大器。将霍
4、尔元器件、放大器,温度补偿电路及稳压电源等集成在一个芯片上构成霍尔传感器。所谓线性型霍尔传感器是指它的输出电压和外加磁场强度的关系为线性关系。因此多应用于物理量的线性测量。2线性型霍尔传感器的应用,。根据霍尔传感器的霍尔效应即输出电压与控制电流和磁感应强度的乘积成比例则线:性型霍尔传感器的应用大致可分三类.,,21。保持传感器件的控制电流I恒定则输出电压正比于磁感应强度利用这一特点可测量磁场强度、位移、压力、角度等。2.1.1磁场的测量H,。,H由(1)式U~KOIB可知当控制电流I保持不变时霍尔电势U与所感受到的磁感,,,应强度B成比例关系所以
5、霍尔传感器所处位置的磁感应强度不同输出的电压值就不。。同根据输出电压的大小可测出磁感应强度的值如图(3。,)为一条形磁铁产生的磁场将霍尔传感器放置在不同的位置由于磁感应强度,。M卜,乃d、rJ几`气尸、pes`城不同将输出不同的电压信号入rg.飞月,-.、l勿、J,口一幼a:。.卜在处磁感应强度B垂直于控制电流I则有通`一名沼斗、,:H.o.U=KlB(2),,根据霍尔效应的基本原理可知在磁场的同一处当。通过霍尔片的控制电流I与B方向夹角不同时霍尔电势将不同。因为在霍尔效应中起作用的是垂直》入于霍尔片表面的磁感应强度分量。图(3),:,s如图(3
6、)当霍尔片位于b’b平面时起作用的是B在Y方向的分量即B~Bi动Ho,osin则霍尔电势为u=KlB=BKls(3),,:二当霍尔片位于a平面时起作用的是B在X方向的分量B一BocesHO二oeos则霍尔电势为U=KIB=BKIO(4),、、,,由此可见利用(2)(3)(4)式只要不断改变霍尔片的空间方位就可根据输出电压信号的值测量出磁场中任意一点的磁感应强度及同一点任意两个相互垂直的磁感应强度分量。2.1.2位移的测量《乌奋术齐成人教育学院学报》1999年第4期若磁场在一定范围内沿x方向的变化率为一常数。:、。即一Bd常数dC(如)图4)所示(
7、在磁场中放置一块,。x霍尔片并使控制电流恒定不变当霍尔片沿着的正,:反方向移动时由()l式得霍尔电势的变化为Hx。x。。dU/d~KldB/d=KlC=K:Hx。即dU/d=K(4):Hox对上式积分得U=K(5)图(4),,由(5)式可知霍尔电势与位移量x成线性关系并且霍尔电势的极性反映了元器件位。,,。同时还表明当x~0时U,~O利用这一移方向特点可把作微量移动的物体与霍尔传感,x器固定在一起当物体在均匀变化的磁场中相对B~0的位置(磁场的中心)发生的位移,量时霍尔传感器输出一定的电压信号根据信号的大小和方向可测出物体移动的大小和方。向ù2.
8、1.3力的测量皿脚边庵币”卜’`“户.H~Kox不仅可以测量物体的位移嘴t利用U,、而且还可以测量力的大小如压力浮力。、J等基本方法是将
