第五章 霍尔式传感器（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（高教版）

学习目标 掌握霍尔传感器的工作原理； 了解霍尔元件、霍尔效应和主要特性； 掌握其测量电路； 了解霍尔传感器的误差及补偿方法； 霍尔式传感器的应用。 第五章 霍尔式传感器 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 第一节 霍尔传感器的工作原理 一、霍尔元件与霍尔效应 霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器。 半导体磁敏传感器是指电参数按一定规律随磁性量变化的传感器，常用的磁敏传感器有霍尔传感器和磁敏电阻传感器。除此之外还有磁敏二极管、磁敏晶体管等。 磁敏器件是利用磁场工作的，具有保证寿命长可靠性高。 可以通过非接触方式检验。 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 半导体磁敏器件特点是：从直流到高频其特性完全一样，也就是完全不存在频率关系。 因为半导体中电子的运动受磁场的影响，以电特性的变化来表现，电子的运动速度非常快，足以跟上频率的变化。 半导体磁敏器件产生与磁场强度成比例的电动势，它不仅能够测量动磁场，也能把静止的磁场变换成电信号。 利用半导体可以做成微型的磁敏器件，其工作面积只有2μm×2μm，接口也非常方便。 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 利用磁场作为媒介可以检测很多物理量，例如：位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。 它不仅可以实现非接触测量，并且不从磁场中获取能量。 在很多情况下，可采用永久磁铁来产生磁场，不需要附加能量，因此，这一类传感器获得极为广泛的应用。 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 （一）霍尔元件 霍尔元件是一种半导体四端薄片，它一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的焊上两对电极引出线。一对称极为激励电流端，另外一对称极为霍尔电动势输出端。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）、N型锗（Ge）等。 锑化铟元件的输出较大，受温度影响也较大；砷化铟和锗输出不及锑化铟大，但温度系数小，线性度好。砷化镓（GaAs）是新型的霍尔元件材料，温度特性和输出线性都好，但价格贵。 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 霍尔元件的壳体用非导磁性金属、陶瓷、塑料或环氧树脂封装，如图5-1(c)。所示。霍尔元件的电路符号如图5-1(b)所示。 (a) (b) (c) 图5-1霍尔元件 (a)霍尔效应原理图，(b)图形符号，(c)外形图 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 (a) (b) (c) 图5-2 霍尔电压形成的定性说明 (a)磁场为0时电子在半导体中的流动， (b)电子在劳伦兹力作用下发生偏转， (c)电荷积累达到平衡时电子在流动 传感器与检测技术 第五章 霍尔式传感器 （二）霍尔效应 1879年霍尔发现：在通有电流的金属板上加一个强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应，这个电势差称为霍尔电动势，其成因可用带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力来解释。 传感器与检测技术 第五章