磁电式传感器-1.ppt

2002/12总结 同学们好！ 第5章 磁电式传感器 工作原理和结构类型 磁电感应式传感器应用举例 磁电感应式转速传感器 二、霍尔元件材料 二、测量电路 霍尔电势是关于I、B、? 三个变量的函数，即 UH=KHIBcos? 。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。 将霍尔元件置于磁场中，左半部磁场方向向上，右半部磁场方向向下，从 a端通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生霍尔电势VH2，其方向相反。因此，c、d两端电势为VH1—VH2。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。 作业 P314: 5.2，5.3 5.2.2 霍尔元件的构造及测量电路 基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。霍尔元件越薄(d 越小)，kH 就越大。霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。 一、构 造 霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为4mm×2mm×0.1mm)，它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。 霍尔元件的基本测量电路如图5-22所示。 激励电流由电源E供给，可变电阻RP用来调节激励电流I的大小。RL为输出霍尔电势UH的负载电阻。通常它是显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。 图5-22 霍尔元件的基本测量电路 W1 W2 UH UH ~ （a）基本测量电路 W UH RL E （b）直流供电输出方式（c）交流供电输出方式 5.2.3 霍尔元件的技术参数 1.额定激励电流IH 使霍尔元件温升10°C所施加的控制电流值。当霍尔元件做好后，限制额定电流的主要因素是散热条件。 2.输入电阻Ri和输出电阻RO Ri 是指控制电流极之间的电阻值。 R0 指霍尔电极间的电阻值。 Ri 、R0可以在无磁场时用欧姆表等测量。 3.不等位电势U0及零位电阻r0 在额定控制电流I下，不加磁场时霍尔电极 间的空载霍尔电势。 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不等位电势。 产生的原因有: 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（如片厚薄不均匀等）;  ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。 这些工艺上问题都将使等位面歪斜，致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电势。  不等位电阻 不等位电势也可用不等位电阻表示: 式中: U0——不等位电势;  r0——不等位电阻;  IH——激励电流。 由上式可以看出, 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。 4、寄生直流电势 当不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，霍尔电极间的空载电势为直流与交流电势之和。其中的交流霍尔电势与前述零位电势相对应，而直流霍尔电势是个寄生量，称为寄生直流电势V。 5、热阻RQ 它表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入lmW的电功率时产生的温升，单位为0C／mW。所以称它为热阻是因为这个温升的大小在一定条件下与电阻有关。 6.灵敏度 减小d; 选好的半导体材料 霍尔元件的主要技术参数 5.2.4 霍尔元件补偿电路 1. 不等位电势的补偿 不等位电势 霍尔元件的等效电路 A I U0 B C D D R1 R2 R4 A B C R3 R4 图5-23 不等位电势的补偿电路 几种常用补偿方法 W C D A R2 R3 R4 R1 B W C D A R2 R3 R4 R1 B B W D A R2 R3 R4 R1 C （a） （b） （c） W A B C D W A B C D (b) W C A B D 2. 温度误差及补偿 ◆温度误差 霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因