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第七章 电动势传感器 被测量 感应电动势E 霍尔传感器 霍尔传感器工作原理 霍尔元件的结构和基本电路 霍尔元件的主要特性参数 霍尔元件误差及补偿 霍尔式传感器的应用 7.2.1 霍尔传感器工作原理 半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。 产生的电动势称霍尔电势UH 半导体薄片称霍尔元件 霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。 霍尔效应原理 5.2.2 霍尔元件的结构和基本电路 霍尔元件的结构和基本电路 霍尔元件的主要特性参数 当磁场和环境温度一定时: 霍尔电势与控制电流I成正比 当控制电流和环境温度一定时: 霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比 当环境温度一定时: 输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比 测量以上电阻时，应在没有外磁场和室温变化的条件下进行。 霍尔元件的主要特性参数： (1) 输入电阻和输出电阻 输入电阻：控制电极间的电阻 输出电阻：霍尔电极之间的电阻 (2) 额定控制电流和最大允许控制电流 额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值 最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值 (3) 不等位电势Uo和不等位电阻ro 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，则霍尔电势应该为零，实际不为零，测得的空载霍尔电势。 不等位电势是由霍尔电极之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻，Ｉ流经不等位电阻所产生的电势。 (4) 寄生直流电势 当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势。 控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效应。 两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不同产生温差电势。 (5) 霍尔电势温度系数 在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化1度时，霍尔电势变化的百分率。 霍尔元件误差及补偿 1. 不等位电势误差的补偿 2. 温度误差及其补偿 不等位电势 当霍尔元件通以电流I时，若磁场B＝0，理论上UH ＝0。这是测得的电势称为U0。产生原因： 1. 不等位电势误差的补偿 可以把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。 电势的补偿电路 对称电路 2. 温度误差及其补偿 温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。 减小霍尔元件的温度误差 选用温度系数小的元件 采用恒温措施 采用恒流源供电 恒流源温度补偿 大多数霍尔元件的温度系数α是正值时， 它们的霍尔电势随温度的升高而增加（1+α△t）倍。 同时，让控制电流I相应地减小，能保持KHI不变就抵消了灵敏系数值增加的影响。 恒流源温度补偿电路 霍尔式传感器的应用 优点: 结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长 应用： 电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数； 自动检测系统：多用于位移、压力的测量。 1. 微位移和压力的测量 测量原理： 霍尔电势与磁感应强度成正比，若磁感应强度是位置的函数，则霍尔电势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。 应用： 位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度 产生梯度磁场的示意图 2. 磁场的测量 在控制电流恒定条件下，霍尔电势大小与磁感应强度成正比，由于霍尔元件的结构特点，它特别适用于微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场参数的测量。 霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。 霍尔高斯计（特斯拉计）的使用 霍尔元件 霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件 霍尔式接近开关用于转速测量演示 开关型霍尔IC 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。 7.1 磁电式传感器 通过磁电作用将被测量（如振动、转速、扭矩）转换电势信号的传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动