智能传感与检测技术 教案 第7章 霍尔传感器与其他磁敏传感器.docx

《智能传感与检测技术》课程教案

授课章节

第7章霍尔传感器与其他磁敏传感器

7.1霍尔效应

7.2霍尔元件及特性参数

7.3集成霍尔传感器

7.4霍尔传感器的应用实例

建议课时

2

授课方式

理论知识讲授+讨论课+多媒体演示

所属专业

教学目标

1.了解霍尔效应

2.掌握霍尔元件及特性参数

3.掌握集成霍尔传感器

4.了解霍尔传感器的应用

教学重点

1.霍尔元件及特性参数

2.集成霍尔传感器

教学难点

1.霍尔元件及特性参数

2.集成霍尔传感器

参考教材

《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6

教

学

内

容

『新课导入』

霍尔传感器是一种磁敏传感器，它是把磁学物理量转换成电信号的装置，广泛应用于自动控制、信息传递、电磁测量、生物医学等各个领域。它的最大特点是非接触测量。

『授课内容』

7.1霍尔效应

将金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片（如图7-1所示），当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种物理现象称为霍尔效应。

7.2霍尔元件及特性参数

7.2.1霍尔元件

霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成，如图7-2a所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出4个引线，a、b两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；

c、d引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。

霍尔元件的壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成，图7-2b为霍尔元件的实物图，图7-2c为霍尔元件的图形符号。

7.2.2霍尔元件的主要特性参数

(1)霍尔元件的灵敏度系数KH。霍尔元件的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/A·T，它反映了霍尔元件本身所具有的磁电转换能力，一般希望它越大越好。

(2)额定激励电流IN和最大允许激励电流Imax。当霍尔元件自身温升10℃时所流过的电流值称为额定激励电流IN。在相同的磁感应强度下，IN值越大则可获得大的霍尔输出。在霍尔元件做好后，限制IN的主要因素是散热条件。一般情况下锗元件的最大允许温升是80℃，硅元件的最大允许温升是175℃。当元件允许最大温升为限制时所对应的激励电流，称为最大允许激励电流Imax。

(3)输入电阻Ri、输出电阻RO。霍尔片的两个控制电极间的电阻值称为输入电阻Ri，霍尔电极输出电势对外电路来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻RO，即两个霍尔电极间的电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且环境温度在（20±5）℃时确定的。一般Ri大于RO，使用时不能出错。

（4）霍尔电势温度系数ɑ。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ɑ,ɑ值越小越好。

7.3集成霍尔传感器

集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。其输出信号快，传送过程中无抖动现象，且功耗低，对温度的变化是稳定的，灵敏度与磁场移动速度无关。按照输出信号的形式，可以分为开关集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型。

线性集成霍尔传感器

开关集成霍尔传感器

7.4霍尔传感器的应用实例

7.4.1金属零件霍尔计数装置

7.4.2霍尔式无触点汽车电子点火装置

【多媒体演示】

多媒体课件见教材配套教学PPT

『课堂小结』

微电子技术的发展，使得目前的霍尔元件多已集成化，即将霍尔元件、激励电流源、放大电路、施密特触发器以及输出电路等，集成于一个芯片上，构成了集成霍尔传感器。霍尔集成电路（又称霍尔IC）取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器减少了焊点，显著地提高了工作可靠性。

『作业布置』

P62页

一、填空题1、2、3

二、简答题1、2、3

三、综合题1

『教学后记』

授课章节

第7章霍尔传感器与其他磁敏传感器

7.5.1磁敏电阻

7.5.2磁敏二极管

7.5.3磁敏晶体管

7.5.4磁敏传感器的应用实例

建议课时

2

授课方式

理论知识讲授+讨论课+多媒体演示

所属专业

教学目标

1.掌握磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管的工作原理

2.熟悉磁敏传感器的应用实例

教学重点

磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管的工作原理

教学难点

磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管的工作原理

参考教材

《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6

教

学

内

容

『新课导入』

磁阻元件与霍尔元件的区别在于：前者是以电阻的变化来反映磁场的大小，但无法反映磁场的方向；后者是以电动势的变化来反映磁场的大小和方向。磁敏传感器包括磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管，它们的灵敏度很高，主要应用于微弱磁场的测量。

『