专题九 霍尔式传感器（教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版讲练测

专题九.霍尔式传感器（教案）-《传感器及应用》第2版专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解霍尔效应和霍尔元件的工作原理；熟悉霍尔元件的结构和工作模式。 2. 了解霍尔元件的基本参数，如灵敏度、磁场范围和线性范围；掌握温度对霍尔元件的影响以及相关补偿方法。 3. 了解集成霍尔元件的特点和优势；认识集成霍尔元件在电流测量、磁场检测等领域的应用。 4. 熟悉霍尔式传感器在位置检测、速度测量、电流测量等方面的应用；理解霍尔效应传感器与其他类型传感器的对比和选择。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.霍尔效应 一块长l、宽 b、厚d 的半导体，在外加磁场 B作用下，当有电流I流过时，运动电子受洛仑兹力的作用而偏向一侧(图中“_”B侧)，使该侧形成电子的积累，与它对立的侧面由于减少了电子浓度，出现了正电荷。这样，在两侧面间就形成了一个电场。运动电子在受洛仑兹力的同时，又受电场力的作用最后当这两作用力相等时，电子的积累达到动态平衡，这时两侧之间建立电场，称霍尔电场 E.，相应的电压称霍尔电压 U，上述这种现象称霍尔效应。 2.霍尔元件的基本参数 (1) 输入电阻 R霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流变大，最终引起霍尔电势变化。为了减少这种影响，最好采用恒流源作为激励源。 (2) 输出电阻 R。两个霍尔电势输出端之间的电阻称为输出电阻。它的数值与输人电阳属同一数量级，并也随温度改变而改变。选择适当的负载电阻 R，与之匹配，可以使由温度引起的霍尔电势的漂移减至最小。 (3) 最大激励电流 由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大。因此，每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至几百毫安。 (4)灵敏度K，Ky=U/(IB)，它的数值约为10 mV/(mA·T)。 (5) 最大磁感应强度 B磁感应强度为 B，时，霍尔电势的非线性误差将明显增大，B的数值一般为零点几特斯拉。 (6) 不等位电势 在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压称为不等位电势，它是由于四个电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起的误差。 (7) 霍尔电势温度系数 在一定磁场强度和激励电流的作用下，温度每变化1C霍尔电势变化的百分数称为霍尔电势温度系数，它与霍尔元件的材料有关。 3.霍尔式传感器的应用 霍尔式传感器是由霍尔元件与弹性敏感元件或永磁体结合而形成的，具有灵敏度高、体积小、重量轻、无触点、频响宽(由直流到微波)、动态特性好、可靠性高、寿命长、价格低等优点，因此在磁场、电流及各种非电量测量、信息处理、自动化技术等方面得到广泛的应用。 4.集成霍尔元件 随着微电子技术的发展，目前霍尔器件多已集成化。集成霍尔元件有许多优点，如体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电流稳定性要求低等。集成霍尔元件可分为线性型和开关型两大类，前者是将霍尔元件和恒流源、线性放大器等做在一个芯片上，输出电压较高，使用非常方便。 5.霍尔式传感器的应用类型 利用霍尔电势正比于磁感应强度的特性来测量磁场及与之有关的电量和非电量。利用霍尔电势正比于激励电流的特性可制作回转器、隔离器、电流控制装置等。利用霍尔电势正比于激励电流与磁感应强度乘积的规律制成乘法器、除法器、乘方器、开方器、功率计等，也可以作混频、调制、斩波、解调等用途。 6. 霍尔式传感器的应用 角位移测量仪、霍尔转速度、霍尔式徽压力传感器。 [真题练讲] 1.(2016年浙江省统一考试)霍尔元件在工作过程中可能受到温度的影响，为了补偿温度误差，可以使用什么方法？ A. 降低工作温度 B. 增加输出电压 C. 应用温度补偿系数 D. 减小灵敏度 答案：C 解析：为了补偿温度误差，可以应用温度补偿系数来修正输出电压。 2.(2018年山西省统一考试)霍尔元件的输出电压受以下哪个参数影响？ A. 磁场强度 B. 电流大小 C. 器件封装材料 D. 周围环境温度 答案：A 解析：霍尔元件的输出电压受磁场强度的影响。 3.(2018年浙江省统一考试)霍尔元件通常被用作以下哪种元件？ A. 开关元件 B. 放大元件 C. 摆动元件 D. 储能元件 答案：A 解析：霍尔元件通常被用作开关元件。 4.(2018年山东省统一考试)在探测磁场方向上，霍尔元件通常被放置在什么位置？ A. 磁场中央 B. 磁场两侧 C. 磁场周围