《传感器与检测技术》课件-霍尔传感器

传感器与检测技术霍尔传感器的功能霍尔传感器的结构霍尔传感器的工作原理及应用速度检测-霍尔传感器1、霍尔传感器的功能

霍尔传感器是以霍尔元件作为其敏感和转换元件的传感器，基于霍尔效应原理制成的。它能将非电的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

2、霍尔传感器的结构

霍尔传感器的外形2、霍尔传感器的结构

霍尔传感器的外形2、霍尔传感器的结构

霍尔元件

a、b—激励(控制)电极(红色导线标记)c、d—霍尔电极

(绿色导线标记)

2、霍尔传感器的结构霍尔元件

(a)外形结构示意图(b)图形符号1、1‘—激励电极；2、2‘—霍尔电极

霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线；壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装的。2、霍尔传感器的结构霍尔元件

国产霍尔元件型号的命名方法如下。字母H代表霍尔元件H代表霍尔元件材料Z—锗T—锑化铟S—砷化铟代表产品序号2、霍尔传感器的结构

3、霍尔传感器的工作原理霍尔效应霍尔效应原理

磁感应强度B为零时磁感应强度B不为零时3、霍尔传感器的工作原理霍尔效应在磁感应强度B作用下，每个电子所受洛仑兹力：每个电子所受电场力：当FL=FE，达到动态平衡时，得：

式中：j——电流密度，j=nqv,A/m2;

n——N型半导体的电子浓度，1//m3。3、霍尔传感器的工作原理霍尔效应得：

式中：KH——霍尔元件的乘积灵敏度，KH=1/nqd。可见，当I、B大小一定时，KH越大，则霍尔元件的输出电势越大。显然，一般希望KH越大越好。3、霍尔传感器的工作原理霍尔效应

3、霍尔传感器的工作原理霍尔元件的主要技术指标

霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加的控制电流值称为额定激励电流IC。

以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流ICm。最大激励电流ICm

额定激励电流IC

3、霍尔传感器的工作原理霍尔元件的主要技术指标

霍尔片中两个激励电极间的电阻值称为输入电阻。

霍尔电极输出电势对电路外部来说相当于一个电压源，则两个霍尔电极之间的电阻为输出电阻。输出电阻Ro输入电阻Ri3、霍尔传感器的工作原理霍尔元件的主要技术指标

当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零，这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。

不等位电势UM与额定激励电流IC之比，称为不等位电阻RM。不等位电阻RM不等位电势UM霍尔引出电极安装不对称半导体材料不均匀3、霍尔传感器的工作原理霍尔元件的不等位电势产生的原因

霍尔电势温度系数α

在一定磁感应强度和激励电流下，温度每变化1℃时，霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数。3、霍尔传感器的工作原理霍尔元件的主要技术指标

控制电流I由电源E提供，R是调节电阻，用以根据要求改变I的大小。霍尔电势输出端的负载电阻RL，可以是放大器的输入电阻或表头内阻等。3、霍尔传感器的工作原理测量电路-基本电路恒流源补偿3、霍尔传感器的工作原理温度误差及补偿产生不等位电势UM的原因可归结为等效电桥的四个桥臂电阻的不相等。霍尔元件的等效电路

3、霍尔传感器的工作原理温度误差及补偿-不等位电势的补偿(a)不对称补偿

3、霍尔传感器的工作原理温度误差及补偿-不等位电势的补偿(b)对称补偿

3、霍尔传感器的工作原理温度误差及补偿-不等位电势的补偿

3、霍尔传感器的工作原理温度误差及补偿-温度补偿电路4、霍尔传感器的应用当输入电流恒定不变时，传感器的输出正比于磁感应强度。因此，凡是能转换为磁感应强度B变化的物理量均可进行测量，如位移、角度、转速和加速度等。当磁感应强度B保持恒定时，传感器的输出正比于控制电流I的变化。因此，凡能转换为电流变化的物理量均可进行测量和控制。由于霍尔电势正比于控制电流I和磁感应强度B，所以凡是可以转换为乘法的物理量(如功率)都可进行测量。霍尔式转速传感器

4、霍尔传感器的应用

霍尔式微位移传感器(a)磁场强度相同传感器(b)简单的位移传感器4、霍尔传感器的应用

(c)结构相同的位移传感器

霍尔式微位移