电气和电子测量技术——霍尔传感器.ppt

霍尔传感器 霍尔传感器 霍尔效应 霍尔元件及应用 霍尔电流传感器 霍尔效应：金属导体或半导体薄片处于磁场中，当垂直于磁场方向有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。 霍尔效应 N M B F L i v － － － － + + + + EH FH 霍尔效应 FH = -eEH = -e UH b FL = evB FL = -FH i = -j ?bd =-nev ?bd UH = bvB n－材料的电子（载流子）浓度。 e－电子（载流子）电荷量； j－电流密度； （1） （2） 霍尔效应 UH＝KH·B·i 其中KH为霍尔片的灵敏度，与材料的性质、形状有关。 如果磁场与薄片法线有夹角α： UH＝KH·B·I cosα 两横侧间的霍尔电压： 为霍尔系数。 其中 （3） （4） 当l/b较小时,需考虑形状系数: 霍尔元件 具有霍尔效应的元件称霍尔元件。霍尔传感器由霍尔元件组成。 金属材料的自由电子浓度n很高，因此RH很小，使输出UH很小。半导体的电子浓度n适中，霍尔传感器中的霍尔元件都是由半导体材料构成,多用N型半导体材料。 霍尔元件越薄（d越小），KH越大，所以一般霍尔元件都比较薄。 霍尔元件调理电路 霍尔元件的基本测量电路如图所示。 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。 霍尔元件的基本测量电路 霍尔片 四极引线 壳体 霍尔元件结构 霍尔传感器是一种磁传感器和磁电转换元件，检测磁场及其变化，另外各种与磁场有关的场合都可以应用。 霍尔式传感器的应用 IB k U H H = （1）直接测磁场强度（I恒定）； （2）衍生：电流、电压、微小位移、压力、速度、加速度、振动等（需附加磁场B） 应用范围： 1）体积小，重量轻，功耗小，可靠性好； 2）响应频率高（可达1MHZ）； 3）非接触式、可用于特殊应用环境； 4）易于集成。 线性、非机械、半导体 应用特点： 霍尔式传感器的应用 缺点：受温度影响较大，转换效率较低。 a）对移 b）侧移 c）旋转 d）遮断 应用实例－位移、速度 检测齿轮的速度、齿形、齿数 应用实例－齿轮检测 利用霍尔元件测地磁场，用于寻北、空间姿态等。 应用实例－霍尔电子罗盘 霍尔电流传感器 磁路定律 霍尔电流传感器 霍尔直测式电流传感器 霍尔磁补式电流传感器 特点：直流，交流，脉冲（冲击）电流均可测 非接触（隔离） 1．霍尔直测式电流传感器 霍尔直测式电流传感器 UH＝KHIB 已知KH，H＝B/μ，L，N， 由H·L＝NIc计算Ic （精度不高，较少使用） 2．霍尔磁补式电流传感器 直到Hp＝Hs时Is不再增加，这时霍尔片就达到零磁通检测。 磁平衡时， NpIp＝IsNs 计算Ip 霍尔钳形电流表 将磁芯做成张合结构，在磁芯开口处放置霍尔器件，将环形磁芯夹在被测电流流过的导线外，即可测出其中流过的电流。这种钳形表既可测交流也可测直流。 小结 霍尔效应和霍尔元件 调理电路 控制电流回路，霍尔电压输出回路 霍尔电流传感器 直测式，磁补式