传感器与检测技术ppt课件第八章

*1 第8章 霍尔传感器 *2 引言 n霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 n1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中 发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应 太弱而没有得到应用。 n随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制 成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应 用和发展。 n霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度 、振动等方面的测量。 *3 8.1 霍尔传感器的工作原理 n金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁 场（磁场方向垂直与薄片）中，当有电 流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向 上将产生电动势UH，这种物理现象称为 霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。 8.1.1 霍 尔 效 应 *4 霍尔效应 n一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导 体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中， B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半 导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑 兹力FB的作用 *5 n洛仑兹力FL使电子向垂直于B和自由电子运动 方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即电 子有向某一端积聚的现象，使半导体端面 产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积聚 。由于电荷积聚，产生静电场，称为霍尔电 场。该静电场对电子的作用力FE与洛仑兹力 FL的方向相反，将阻止电子继续偏转，其大 小为 8.1.2 基本原理 *6 n电场力阻止电子继续向原侧面积累，当 电子所受电场力和洛仑兹力相等时，电 荷的积累达到动态平衡，由于存在EH， 半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为 霍尔电势 *7 n磁场与薄片法线夹角为 *8 常用的霍尔元件材料 n锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其 中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性 能和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其 霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化铟对 温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大 ，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍 尔系数较小，温度系数也较小，输出特性线 性度好。 *9 霍尔元件的材料特性 *10 8.1.3 霍尔元件的主要参数 n1. 额定功耗 n2. 输入电阻 和输出电阻 n3. 不平衡电势 n4. 霍尔电势温度系数 n5. 内阻温度系数 n6. 灵敏度 1主要特性参数 *11 8.1.4 霍尔元件的基本测量电路 *12 8.2 集成霍尔传感器 集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍 尔元件和测量线路集成在一起的一种传感器 。集成霍尔传感器与分立元件相比，它具有 可靠性高、体积小、重量轻、功耗低等优点 ，正越来越受到重视。 集成霍尔传感器的输出是经过处 理的霍尔 输出信号。按照输出信号的形式，可以分为 开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感 器两种类型。 *13 8.2.1 开关型集成霍尔传感器 n霍尔片、引线和壳体组成 1. 开关型集成霍尔传感器的结构 *14 8.2.1 开关型集成霍尔传感器 2开关型霍尔集成传感器的工作原理 *15 8.2.1 开关型集成霍尔传感器 3. 开关型集成霍尔传感器的工作特性 *16 8.2.1 开关型集成霍尔传感器 4. 开关型集成霍尔传感器的接口电路 *17 8.2.2 线性集成霍尔传感器 1.线性集成霍尔传感器的结构及工作原理 *18 8.2.2 线性集成霍尔传感器 2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性 *19 8.3 霍尔传感器的应用 8.3.1 霍尔式位移传感器 *20 8.3 霍尔传感器的应用 8.3.2 霍尔式压力传感器 *21 8.3 霍尔传感器的应用 8.3.3 霍尔电子点火器 *22 常用传感器：国产YSH-1型霍尔压力变送器 *23 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 钢质 霍尔 *24 ABS的工作原理 1车速齿轮传感器 2压力调节器 3控制器 *25 霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可 选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器 件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的 磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件 输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可 以确定被测物的转速。 S N 线性霍尔 磁铁 *26 霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁 极接近、并达到动作 距离时，霍尔式接近