霍尔式传感器应用.ppt

第一节 霍尔元件的基本工作原理 霍尔式传感器是以霍尔元件作为其敏感和转换元件的传感器。 霍尔元件则是利用某些半导体材料的霍尔效应原理制成的。 霍尔效应 在垂直于半导体薄片平面的方向上，施加磁感应强度为B的磁场，在其长度方向上通以电流I，则在半导体的另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B的乘积（IB）成正比的电动势。这种现象称为霍尔效应。 计算公式 假设自由电子以匀速按图9-1所示方向运动，则在磁感应强度B作用下，每个电子所受洛仑兹力为 FL=evB 对于P型半导体，其多数载流子是空穴，也存在与N型半导体类似的霍尔效应。 用空穴浓度p户代替电子浓度 n UH正比于BI。只要通过测量电路测出UH，那么B和I两个参数中，一个参数已知就可求出另一个参数。 因而任何可转换成B或I的未知量均可利用霍尔元件进行测量。 此外，可转换成B和I乘积的未知量亦可进行测量。 第二节 霍尔元件的基本结构和主要技术指标 一、基本结构 国产霍尔元件型号的命名方法 二、主要技术指标 1·额定控制电流Ic和最大控制电流Icm 霍尔元件在空气中产生l0oC的温升时所施加的控制电流值称为额定控制电流Ic 。 霍尔元件的温升达到最大允许温升?Tm时的Ic就是最大控制电流Icm。 2·乘积灵敏度KH 霍尔元件的乘积灵敏度定义为在单位控制电流和单位磁感应强度下，霍尔电势输出端开路时的电势值，其单位为V/(AT)，它反应了霍尔元件本身所具有的磁电转换能力。 KH=UH/IB 3·输人电阻Ri和输出电阻Ro 霍尔片中两个控制电极之间的电阻称为输人电阻Ri而两个霍尔电极之间的电阻称为输出电阻Ro。由于Ri、Ro是纯电阻，故可用直流电桥或欧姆表直接测量，需要说明的是测量要求在没有外磁场和室温 (20士5)C条件下进行。 4·不等位电势UM和不等位电阻RM 由于两个霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上，半导体材料的电阻率不均匀，或几何尺寸不均匀，以及控制电极接触不良等原因， 当I?0 B=0 时 UH?0 为此引入了不等位电势UM来加以表征，即在额定直流控制电流作用下，不加外磁场时霍尔电极之间的空载 (即开路)电势。 不等位电势UM与额定控制电流Ic之比，称为不等位电阻RM 。 即 RM =UM /Ic 5·霍尔电势温度系数? 由于温度的变化，霍尔电势也会随之有一些变化。温度对霍尔电势的影响程度，用霍尔电势温度系数? 来表征，即在一定的控制电流和磁感应强度下，温度每变化loC所引起的霍尔电势变化的百分率。 第三节霍尔元件的测量电路一、基本电路 控制电流I由电源E提供，R是调节电阻。 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。 所施加的外磁场B一般与霍尔元件的平面垂直。 实际测量中，可以把I或者B单独作为输入信号，也以把二者的乘积作为输入信号，通过霍尔电势输出得到测量结果。 控制电流也可以是交流量，控制电流的频率可高达1O9Hz以上。 二、温度误差的补偿 （一）采用恒流源提供控制电流 （二）合理选择负载电阻 （三）采用热敏元件 三、不等位电势的补偿 等效电路 （一）基本补偿电路 （二）具有温度补偿的补偿电路 第四节 霍尔式传感器应用举例 一、将被测量转换为磁感应强度B 二、将被测量转换为控制电流 三、将被测量转换为I与B的乘积 实验1 实验2 * 第九章 霍尔式传感器 霍尔元件的基本工作原理 霍尔元件的结构和主要技术指标， 霍尔式传感器测量电路及补偿方法， 霍尔式传感器的应用。 RH = -1/ne： 称为霍尔 系数 KH= RH/d 由上式 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。 若B与霍尔元件平面的法线成一角度?，则作用于霍尔元件的有效磁感应强度为Bcos? 则 UH= KHIBcos? 导线1、2称为控制电流引线端，与之焊接的一对电极称为控制电极（红色导线标记）;导线3、4称为霍尔电势输出端，与之焊接的一对电极称为霍尔电极（绿色导线标记）。 T??Ri?，KH ?，R ?。 Ri? ?Ic ? ?UH ? KH ? ? UH ? R ? ?Ic ? ?UH ? 当R=Ri（?-?-?）/ ? ? UH不变 T??UH ?，R o ? UH ? ?UL? R o ? ?UL ? 当R L= R o（ ?-?）/ ?时 ? UL不变 a.用Rt变化补偿KH和Ri的变化。 b.用Rt变化补偿KH和Ro的变化。 理想情况： R1=R2=R3=R4，电桥平衡 UM=0 实际情况