第9章 霍尔传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 霍尔传感器 被测量(如振动、位移、转速等) 磁电作用 电压 霍尔效应（原理） 霍尔材料、元件 主要技术参数 测量电路（零位误差、温度补偿） 应用 工程检测技术 霍尔效应 霍尔效应及霍尔元件 设n为电子浓度，则： 图6-1 霍尔效应原理图 ——材料的霍尔系数 工程检测技术 霍尔效应 上式写为： 结论： （1） ， 与电子浓度及电子电量有关，对于金属， 很大， 很小， 很小。一般霍尔元件采用半导体材料制作。 （2） ，同时考虑阻抗， 太小，输入输出阻抗都会增大。 （3） ，但 过大，元件自身发热引起半导体内阻变化，产生温度误差， 一般取4～20mA。 ——元件的灵敏度 工程检测技术 霍尔效应 上式写为： 工程检测技术 材料及结构 N型锗（Ge）、锑化铟（Insb）和砷化铟（InAs） 锑化铟——霍尔输出电势较大，但受温度的影响 也大； 锗元件——输出虽小，但温度性能和线性度却比 较好； 砷化铟——与锑化铟元件比较前者输出电势小， 受温度影响小，线性度较好。 砷化铟材料作霍尔元件用得最广。 工程检测技术 霍尔元件构造 图6-2 霍尔元件 工程检测技术 测量电路 图6-3 霍尔元件的基本测量电路 工程检测技术 主要技术指标 （1）额定激励电流IH 使霍尔元件温升10℃所施加的控制电流值 工程检测技术 主要技术指标 霍尔元件 等效电路 （2）输入电阻 （3）输出电阻 工程检测技术 主要技术指标 （4）零位误差及零位电阻r0. 控制电流 IH 流过元件，B=0，仍然有电势U0输出 引出线电极不对称； 原因 元件厚度不均匀； 控制电流极端面接触不良。 工程检测技术 主要技术指标 （5）寄生直流电势 不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，霍尔电极间的空载电势为直流与交流电势之和。 工程检测技术 主要技术指标 （6）热阻 霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入1mW的电功率时产生的温升，单位为 工程检测技术 测量电路 图6-3 霍尔元件的基本测量电路 工程检测技术 测量电路 工程检测技术 测量电路 工程检测技术 误差及补偿 工程检测技术 误差及补偿 图6-4 不等位电势的补偿电路 工程检测技术 温度误差及补偿 霍尔传感器等效电路 输入电阻和霍尔系数的温度特性曲线 温度对那些参数有影响？ 温度t Ri KH IH UH 温度t UH 工程检测技术 19 温度误差及补偿 串联电阻法 图6-5 温度补偿电路 工程检测技术 温度误差及补偿 工程检测技术 温度误差及补偿 工程检测技术 温度误差及补偿 工程检测技术 温度误差及补偿 图6-6 桥路补偿法的温度补偿电路 工程检测技术 霍尔传感器应用 工程检测技术 霍尔传感器应用 位移测量 图6-7 霍尔式位移传感器原理示意图 x＝0时，B＝0 x变化时，B增大，输出电势。 －x x 动态范围5mm，分辨率0.001mm 工程检测技术 霍尔传感器应用 压力测量 图6-8 霍尔式压力传感器结构原理图及磁钢外形 工程检测技术 霍尔传感器应用 电流测量 铁心 线性霍尔IC EH=KH IB I I 工程检测技术 霍尔传感器应用 电流测量 压舌 豁口 工程检测技术 霍尔传感器应用 转速传感器 工程检测技术 霍尔传感器应用 霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。 带有微型磁铁的霍尔传感器 工程检测技术 $$