磁电式传感器工作原理.ppt

霍尔元件激励极间电阻R=ρl/(bd)，同时R=U/I=El/I=vl/(μnevbd)（因为μ=v/E, μ为电子迁移率），则 (7-17) 解得 RH=μρ (7-18) 从式（7-18）可知，霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率μ的乘积。 若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数RH，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。 一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。目前常用的霍尔元件材料有：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。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。表7-1为常用国产霍尔元件的技术参数。 表7-1 常用国产霍尔元件的技术参数 2. 霍尔元件基本结构 霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的， 如图7-10（a）所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四根引线： 1、 1′两根引线加激励电压或电流，称激励电极（控制电极）； 2、 2′引线为霍尔输出引线， 称霍尔电极。 霍尔元件的壳体是用非导磁金属、 陶瓷或环氧树脂封装的。 在电路中， 霍尔元件一般可用两种符号表示， 如图7-10（b）所示。 图7-10 霍尔元件 （a） 外形结构示意图； （b） 图形符号 3. 霍尔元件基本特性 (1) 额定激励电流和最大允许激励电流 当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。 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。因霍尔电势随激励电流增加而线性增加，所以使用中希望选用尽可能大的激励电流，因而需要知道元件的最大允许激励电流。改善霍尔元件的散热条件，可以使激励电流增加。 (2） 输入电阻和输出电阻 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，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时所确定的。 (3） 不等位电势和不等位电阻 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，如图7-11所示。 产生这一现象的原因有：  ① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；  ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；  ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。 图7-11 不等位电势示意图 不等位电势也可用不等位电阻表示， 即 （7-19） 式中： U0——不等位电势；  r0——不等位电阻；  I——激励电流。 由式（7-19）可以看出，不等位电势就是激励电流流经不等位电阻r0所产生的电压， 如图7-11所示。 (4） 寄生直流电势 在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称为寄生直流电势。 其产生的原因有：  ① 激励电极与霍尔电极接触不良， 形成非欧姆接触， 造成整流效果；  ② 两个霍尔电极大小不对称，则两个电极点的热容不同， 散热状态不同而形成极间温差电势。  寄生直流电势一般在1mV以下，它是影响霍尔片温漂的原因之一。 (5） 霍尔电势温度系数 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。它同时也是霍尔系数的温度系数。  * 第7章 磁电式传感器 第7章 磁电式传感器 7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器 7.1 磁电感应式传感器 磁电感应式传感器又称磁电式传感器， 是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。 由于它输出功率大， 且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz），所以得到普遍应用。 7.1.1 磁电感应式传感器工作原理 根据电磁感应定律， 当导体在稳恒均匀磁场中