传感器技术-第5章 霍尔传感器

1、12022-4-21第第5章章 电动势式传感器原理与应用电动势式传感器原理与应用5.2 5.2 霍尔传感器霍尔传感器5.2.1 霍尔传感器工作原理霍尔传感器工作原理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5.2.3 霍尔元件的主要特性参数霍尔元件的主要特性参数5.2.4 霍尔元件误差及补偿霍尔元件误差及补偿5.2.5 霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用22022-4-215.2.1 5.2.1 霍尔传感器工作原理霍尔传感器工作原理n 霍尔传感器是基于霍尔传感器是基于霍尔效应霍尔效应的一种传感器。的一种传感器。n 起源：起源：1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料年美国物

2、理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应中发现了霍尔效应, 但由于金属材料的霍尔效应太但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。弱而没有得到应用。n 发展：随着半导体技术的发展发展：随着半导体技术的发展, 开始用半导体材料开始用半导体材料制成霍尔元件制成霍尔元件, 由于它的霍尔效应显著而得到应用由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。和发展。n 应用：霍尔传感器广泛用于电流、磁场、压力、应用：霍尔传感器广泛用于电流、磁场、压力、加速度、振动等方面的测量。加速度、振动等方面的测量。32022-4-21n半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不

3、一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两不一致时，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，这种现象称为个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应霍尔效应，该电，该电动势称动势称霍尔电势霍尔电势，半导体薄片称，半导体薄片称霍尔元件霍尔元件。什么是霍尔效应？什么是霍尔效应？42022-4-21dIBRUHH52022-4-21BeF载流子受载流子受洛仑兹力洛仑兹力 bUEHH霍尔电场强度：霍尔电场强度：e电子电荷；电子电荷；v电子运动平均速度；电子运动平均速度；B磁场的磁感应强度。磁场的磁感应强度。在匀强电场中，沿电场强度方向，两点之间的电势在匀强电场中，沿电场强度方向，两点之间

4、的电势差等于电场强度跟这两点之间距离的乘积。差等于电场强度跟这两点之间距离的乘积。 Ce1910602. 162022-4-21BveeEH当：当：霍尔电场力霍尔电场力=洛伦兹力，洛伦兹力，达到平衡状态达到平衡状态HHeEf除了洛伦兹力外，还有一个逆向的霍尔电场力除了洛伦兹力外，还有一个逆向的霍尔电场力BvEH霍尔电场强度：霍尔电场强度：bUEHHBbvbEUHH72022-4-21dIBneBbvUH1霍尔电势：霍尔电势：)/(bdneIv 电子运动平均速度：电子运动平均速度： evnbdI 电流：单位时间内通过导线某一截面的电荷量。电流：单位时间内通过导线某一截面的电荷量。激励电流：激励电

5、流：82022-4-21注意：注意：1 1、霍尔常数霍尔常数 R RH H ：大小取决于导体的载流子密度，因大小取决于导体的载流子密度，因金属的自由电子密度太大，而不适宜制作霍尔元件；金属的自由电子密度太大，而不适宜制作霍尔元件；2 2、霍尔元件灵敏度霍尔元件灵敏度 K KH H ：表示霍尔元件在单位激励电表示霍尔元件在单位激励电流和单位磁感强度时产生的霍尔电势的大小；流和单位磁感强度时产生的霍尔电势的大小；3 3、霍尔电势与、霍尔电势与导体厚度导体厚度d d 成反比：为了提高霍尔电势成反比：为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成值，霍尔元件制成薄片薄片形状；形状；dIBneBbvUH192022-

6、4-21n4、半导体中电子迁移率比空穴迁移率高（、半导体中电子迁移率比空穴迁移率高（V），因），因此此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。 n5、当磁感应强度、当磁感应强度B和霍尔片平面法线成角度和霍尔片平面法线成角度时时, 霍霍尔电势为：尔电势为：cosBIKUHH102022-4-21其中其中1-1电极用于加控制电电极用于加控制电流，称流，称控制电极控制电极。另一对。另一对2-2电极用于引出霍尔电势，电极用于引出霍尔电势，称称霍尔电势输出极霍尔电势输出极。基片外面用非磁性金属或陶基片外面用非磁性金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外瓷、环氧树脂等封装

7、作为外壳。壳。5.2.2 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112022-4-21n图（图（c c）所示，霍尔电极在基片）所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度对霍尔电上的位置及它的宽度对霍尔电势数值影响很大。势数值影响很大。通常霍尔电通常霍尔电极位于基片长度的中间，其宽极位于基片长度的中间，其宽度远小于基片的长度度远小于基片的长度。 n图（图（d d）是基本测量电路，霍尔）是基本测量电路，霍尔元件响应速度快，电流激励频元件响应速度快，电流激励频率可达几千兆赫兹。率可达几千兆赫兹。 122022-4-215.2.3 5.2.3 霍尔元件的主要特性参数霍尔元件的主要特性

8、参数n当磁场和环境温度一定时：当磁场和环境温度一定时： 霍尔电势与控制电流霍尔电势与控制电流I成正比；成正比；n当控制电流和环境温度一定时：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霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比；成正比；n当环境温度一定时：当环境温度一定时： 输出的霍尔电势与输出的霍尔电势与I和和B的乘积成正比。的乘积成正比。 BIKUHH132022-4-21霍尔元件的主要特性参数：霍尔元件的主要特性参数：(1) (1) 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻n 输入电阻输入电阻Ri ：控制电极间的电阻：控制电极间的电阻n 输出电阻输出电阻Ro ：霍尔电极之间的电阻：霍尔电极

9、之间的电阻 注：测量以上电阻时，应在没有外磁场和室温变化注：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。的条件下进行。142022-4-21(2) (2) 额定控制电流和最大允许控制电流额定控制电流和最大允许控制电流n 额定控制电流额定控制电流 IN ： 当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生温升当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生温升10时，对应的控制电流值。时，对应的控制电流值。最大允许控制电流最大允许控制电流ICM ： 以元件允许的最大温升限制所对应的控制电流值。以元件允许的最大温升限制所对应的控制电流值。控制电流控制电流ICM=(几几几百几百)mA；当；当IICM时，器

10、件温升时，器件温升将大于允许的温升，器件特性将变坏！将大于允许的温升，器件特性将变坏！ 希望是越大越好，可通过改善散热条件增加！希望是越大越好，可通过改善散热条件增加！152022-4-21(3) 不等位电势不等位电势Uo 不等位电阻不等位电阻ro n不等位电势：不等位电势： 当霍尔元件的控制电流为额定值时，所处的磁感应强当霍尔元件的控制电流为额定值时，所处的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势度为零，测得的空载霍尔电势UO。一般一般UO 1 mV。不。不等位电势是由霍尔电极等位电势是由霍尔电极 2 和和2之间的电阻之间的电阻r0决定。决定。n不等位电势就是控制电流不等位电势就是控制电流 I 经

11、不等位电阻产生的电压。经不等位电阻产生的电压。n不等位电阻不等位电阻ro ：rO= UO /ICM，即两个霍尔电极之间沿控即两个霍尔电极之间沿控制电流方向的电阻。制电流方向的电阻。162022-4-21产生不等位电势的原因主要是：产生不等位电势的原因主要是：制造工艺造成制造工艺造成 霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电霍尔电极安装位置不正确（不对称或不在同一等电位面上）；位面上）； 半导体材料不均匀造成了电阻率不均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；匀或是几何尺寸不均匀； 控制电极接触不良造成控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布等。控制电流不均匀分布等。172022

12、-4-21(4) (4) 寄生直流电势（属于寄生直流电势（属于零位误差）零位误差）当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的尔电极的输出有一个直流电势。输出有一个直流电势。n欧姆接触欧姆接触的原理金属半导体接触时如果接触电阻远的原理金属半导体接触时如果接触电阻远小于半导体的体电阻或扩展电阻那么这种接触就称为小于半导体的体电阻或扩展电阻那么这种接触就称为欧姆接触。欧姆接触。即加在欧姆接触上的电压与流过的电流呈即加在欧姆接触上的电压与流过的电流呈线性关系。线性关系。n在器件制造过程中在器件制造过程中, ,要求金属与半导体不能存在整流效要求金属与

13、半导体不能存在整流效应应, ,即即电压电压电流关系符合欧姆定律电流关系符合欧姆定律, ,这种接触称为欧这种接触称为欧姆接触姆接触。在同一金属在同一金属A A中，当金属材料两端的温度不同时，两端中，当金属材料两端的温度不同时，两端电子能量不同。温度高的一端电子能量大，则电子从电子能量不同。温度高的一端电子能量大，则电子从高温端向低温扩散的数量多，直至平衡。即在高温端向低温扩散的数量多，直至平衡。即在A A两端形两端形成一定电位差，即成一定电位差，即温差电势温差电势。182022-4-21(5) (5) 霍尔电势温度系数霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化在一定磁感应强度和控制

14、电流下，温度每变化11时，霍尔电势变化的百分率。砷化镓霍尔器件的时，霍尔电势变化的百分率。砷化镓霍尔器件的为为1010-5-5/数量级，锗、硅数量级，锗、硅霍尔器件的霍尔器件的为为10-4/数量级。数量级。有正负之分。有正负之分。(6) 内阻温度系数内阻温度系数霍尔器件内阻霍尔器件内阻Ri和和RO随温度而有所变化，其变随温度而有所变化，其变化率即内阻温度系数约化率即内阻温度系数约10-3/数量级。数量级。192022-4-21(7) (7) 工作温度范围工作温度范围锑化铟的正常工作温度范围为锑化铟的正常工作温度范围为040040，锗为，锗为-40+75-40+75，硅为，硅为-60+150-6

15、0+150，砷化镓为，砷化镓为-60+200-60+200。202022-4-215.2.4 5.2.4 霍尔元件误差及补偿霍尔元件误差及补偿1. 不等位电势误差的补偿不等位电势误差的补偿2. 温度误差及其补偿温度误差及其补偿212022-4-21在极间分布的电阻用在极间分布的电阻用R1、R2、R3、R4表示，理想情表示，理想情况是况是R1R2R3R4，即零位电势为零（或零位电，即零位电势为零（或零位电阻为零）。阻为零）。但实际上存在着零位电势，则说明此四个电阻不等。但实际上存在着零位电势，则说明此四个电阻不等。1.1.不等位电势误差的补偿不等位电势误差的补偿图中图中A、B为控制电极，为控制电

16、极， C、D为霍尔电极。为霍尔电极。222022-4-21n把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等位电势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。就相当于电桥的初始不平衡输出电压。 232022-4-21这是对称电路，因而当温度变化时，补偿的稳定性要好些这是对称电路，因而当温度变化时，补偿的稳定性要好些 ！补偿原理：补偿原理：242022-4-21几种常用补偿方法几种常用补偿方法（A）（B）（C）252022-4-212.2.温度误差及其补偿温度误差及其补偿温度误差产生原因：温度误差产生原因：n霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变霍尔元件的基片是半导体材料

17、，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。率和霍尔系数都是温度的函数。n当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍当温度变化时，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，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。从而使霍尔式传感器产生温度误差。262022-4-21减小霍尔元件的温度误差方法减小霍尔元件的温度误差方法 选用温度系数小的元件（如砷化铟）选用温度系数小的元件（如砷化铟）采用恒温措施采用恒温措施采用恒流源供电采用恒流源供电+ +温度补偿温度

18、补偿 温度变化导致霍尔元件内阻（温度变化导致霍尔元件内阻（R Ri i、R Ro o) )和霍尔灵敏度和霍尔灵敏度（K KH H）等变化，给测量带来一定误差，即温度误差。）等变化，给测量带来一定误差，即温度误差。为了减温度误差，需采取温度补偿措施：为了减温度误差，需采取温度补偿措施： 272022-4-21T霍尔元件的灵敏系数随温度的变化引起霍尔电势霍尔元件的灵敏系数随温度的变化引起霍尔电势的变化，霍尔元件的的变化，霍尔元件的灵敏系数与温度的关系灵敏系数与温度的关系：)1 (TKKHOH式中式中: KH0 为温度为温度T0时的时的KH值；值； 温度变化量；温度变化量； 霍尔电势的温度系数。霍尔

19、电势的温度系数。 TUUUHHHT00/ )（的定义为：的定义为：282022-4-21由于大多数霍尔元件的温度系数由于大多数霍尔元件的温度系数是是正值正值时，它们时，它们的霍尔电势随温度的升高而增加（的霍尔电势随温度的升高而增加（1+t）倍。）倍。让让控制电流控制电流I相应地减小，能保持相应地减小，能保持 KHI 不变不变就抵消就抵消了灵敏系数值增加的影响。了灵敏系数值增加的影响。 )1 (0TKKHHIBtKUHHt)1 (0292022-4-21恒流源温度补偿电路恒流源温度补偿电路 补偿原理：补偿原理：当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，时，旁路分

20、流电阻自动地加强分流旁路分流电阻自动地加强分流，减少了霍尔元件，减少了霍尔元件的控制电流。的控制电流。302022-4-21温度升到温度升到T时，电路中各参数变为：时，电路中各参数变为： )1 (0TRRii)1 (0TRRsiIRRRI00020温度为温度为T0时，时，控制电流控制电流 ：霍尔元件输入电阻温度系数；霍尔元件输入电阻温度系数；分流电阻温度系数。分流电阻温度系数。 SisiITRTRTRIRRRI)1 ()1 ()1 (0002312022-4-21 为使霍尔电势不变，补偿电路必须为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足升温前、后满足升温前、后的霍尔电势不变的霍尔电势不变， BIKUB

21、IKUHHHH220002200IKIKHHSiHsiHITRTRTRTKIRRRK)1 ()1 ()1 ()1 (00000000322022-4-2100iRR经整理，忽略经整理，忽略 高次项后得高次项后得 2T当霍尔元件选定后，它的输入电阻当霍尔元件选定后，它的输入电阻 和温度系数和温度系数 及霍及霍尔电势温度系数尔电势温度系数 可以从元件参数表中查到（可以从元件参数表中查到（ 可以测可以测量出来），用上式即可计算出分流电阻量出来），用上式即可计算出分流电阻 R0 及所需的分流及所需的分流电阻温度系数电阻温度系数 值。值。 ioRioR)1 (00iRR332022-4-21当温度变化时

22、，热敏电阻将随温度变化而变化，使电当温度变化时，热敏电阻将随温度变化而变化，使电桥的输出电压相应变化，仔细调节，即可补偿霍尔电桥的输出电压相应变化，仔细调节，即可补偿霍尔电势的变化，使其输出电压与温度基本无关。势的变化，使其输出电压与温度基本无关。342022-4-21对于温度系数大的半导体材料常使用。对于温度系数大的半导体材料常使用。霍尔输出随温度霍尔输出随温度升高而下降，只要能使控制电流随温度升高而上升，就升高而下降，只要能使控制电流随温度升高而上升，就能进行补偿。能进行补偿。例如在输入回路串入热敏电阻，当温度上升时其阻值下例如在输入回路串入热敏电阻，当温度上升时其阻值下降，从而使控制电流

23、上升。降，从而使控制电流上升。352022-4-21（b b）输出回路补偿）输出回路补偿 负载负载R RL L上的霍尔电势随温度上升而下降的量被热敏电上的霍尔电势随温度上升而下降的量被热敏电阻阻值减小所补偿。阻阻值减小所补偿。实际使用时，实际使用时，热敏电阻最好与霍热敏电阻最好与霍尔元件封在一起或靠近，使它们温度变化一致尔元件封在一起或靠近，使它们温度变化一致。362022-4-211 1、霍尔开关集成传感器、霍尔开关集成传感器 霍尔开关集成传感器是利用霍尔效应与集成电路技术霍尔开关集成传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知与磁信息有关的结合而制成的一种磁敏传感

24、器，它能感知与磁信息有关的物理量，按输出信号形式分物理量，按输出信号形式分：“线性型线性型”和和“开关型开关型”。 1为接地端，为接地端，2为电源端，为电源端，3为输出端。为输出端。5.2.5 5.2.5 霍尔传感器霍尔传感器372022-4-21稳压稳压整形整形VCC输出输出地地213霍尔元件霍尔元件放大放大霍尔开关集成传感器霍尔开关集成传感器由稳压电路、霍尔元件、放大器、整由稳压电路、霍尔元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。稳压电路可使传感器在较形电路、开路输出五部分组成。稳压电路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作，宽的电源电压范围内工作，开路输出可使传感器方便地与开路输出可使传

25、感器方便地与各种逻辑电路接口各种逻辑电路接口。 382022-4-21稳压稳压整形整形VCC输出输出地地213霍尔元件霍尔元件放大放大 当有磁场作用在传感器上时，霍尔元件输出霍尔电当有磁场作用在传感器上时，霍尔元件输出霍尔电压压VH，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路，当放大后的当放大后的VH电压大于电压大于“开启开启”阈值时，施密特整形电阈值时，施密特整形电路翻转，输出高电平，使三极管导通路翻转，输出高电平，使三极管导通“开状态开状态”；工作原理：工作原理：392022-4-21稳压稳压整形整形VCC输出输出地地213霍尔元件霍尔元件放大放大

26、当磁场减弱时，霍尔元件输出的当磁场减弱时，霍尔元件输出的V VH H很小，经放入器放很小，经放入器放大后其值也小于施密特整形电路的大后其值也小于施密特整形电路的“关闭关闭”阈值，施密特阈值，施密特整形电路翻转，输出低电平，使三极管截止，这种状态整形电路翻转，输出低电平，使三极管截止，这种状态为为“关状态关状态”。一次磁场强度的变化，就使传感器完一次磁场强度的变化，就使传感器完成了一次开关动作。成了一次开关动作。402022-4-21几种不同尺寸外形的霍尔开关几种不同尺寸外形的霍尔开关霍尔开关集成传感器基本用途有：汽车点火系统、保安系霍尔开关集成传感器基本用途有：汽车点火系统、保安系统、转速、里

27、程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、统、转速、里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的检测与控制、位置及角度的检测，等等。电流的检测与控制、位置及角度的检测，等等。 412022-4-212 2、霍尔线性集成传感器、霍尔线性集成传感器 霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器一般由霍尔元件和放大器组成，一般由霍尔元件和放大器组成，当外加磁场时，当外加磁场时，霍尔元件产生与磁场成线性比例变化的霍尔元件产生与磁场成线性比例变化的霍尔电压，经放大器放大后输出。霍尔电压，经放大器放大后输出。稳压稳压VCC输出输出地地123霍尔元件霍尔元件放大放大稳压稳压VCC输输出出地地341霍尔元件霍尔元件放大

28、放大8单端输出传感器的电路结构单端输出传感器的电路结构双端输出的电路结构双端输出的电路结构422022-4-21n图所示为具有双端差动输出特性的线性霍尔器件图所示为具有双端差动输出特性的线性霍尔器件UGN3501MUGN3501M的内部电路图和输出特性曲线图。的内部电路图和输出特性曲线图。432022-4-21当线性霍尔器件当线性霍尔器件UGN3501M感受的磁场为感受的磁场为正向正向（磁钢的（磁钢的S极对准极对准3501M的正面）时，输出为正；的正面）时，输出为正；磁场为磁场为反向反向时，输出为负，因此，使用起来更为方便。时，输出为负，因此，使用起来更为方便。n当 线 性 霍 尔 器 件当

29、线 性 霍 尔 器 件UGN3501MUGN3501M感受的磁场感受的磁场为零时，第一脚相对为零时，第一脚相对于第八脚的输出电压于第八脚的输出电压等于零；等于零；442022-4-215.2.6 5.2.6 霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用优点优点: : 结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长和寿命长应用：应用：电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、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；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。自动检测系统：多用于位移、压力

30、的测量。cosBIKUHH452022-4-211.1.微位移和压力的测量微位移和压力的测量n测量原理：测量原理： 当当控制电流控制电流I恒定恒定时，霍尔电势与磁感应强度成正时，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。可以用来反映霍尔元件的位置。 n应用：应用：位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度 462022-4-21产生梯度磁场的示意图产生梯度磁场的示意图 位移量较小，适于测量微位移和机械振动位移量较小，适于测量微位移和机械振动 472

31、022-4-21霍尔元件的霍尔元件的工作工作电流保持不变电流保持不变，而使其在一个均而使其在一个均匀梯度磁场中移匀梯度磁场中移动，它输出的动，它输出的霍霍尔电压尔电压V VH H值由位值由位移量移量Z Z决定决定。482022-4-21霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器 弹簧管弹簧管 磁铁磁铁 霍尔片霍尔片 492022-4-21n霍尔压力传感器霍尔压力传感器由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组成，如图所示。（成，如图所示。（a）的弹性元件为膜盒，）的弹性元件为膜盒，(b)为弹簧片，为弹簧片，(c)为波纹管。磁系统最好用能构成均匀梯度磁场的复合系为波纹管。磁系

32、统最好用能构成均匀梯度磁场的复合系统，如统，如(a)、(b)，也可采用单一磁体，如（，也可采用单一磁体，如（c）。）。 n加上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移，改变加上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移，改变作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压VH。由。由事先校准的事先校准的pf(VH)曲线即可得到被测压力曲线即可得到被测压力p的值。的值。502022-4-21加速度传感器加速度传感器 512022-4-212.2.磁场的测量磁场的测量在控在控制电流恒定制电流恒定条件下，霍尔电势大小与磁感应强度条件下，霍尔电势大小与磁感应强度成

33、正比，由于霍尔元件的结构特点，它特别适用于微成正比，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。小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场参数的测量。cosBIKUHH霍尔电势是磁场方向与霍尔基片法线方向之间夹角的霍尔电势是磁场方向与霍尔基片法线方向之间夹角的函数。函数。应用：霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转应用：霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器速传感器522022-4-213.3.转数、转速等物理量的测量转数、转速等物理量的测量n按图所示的各种方法设置磁体，将它们和霍尔开关电路按图所示的各种方法设置磁体，将它们和霍尔开关电路组合起来可以构成

34、各种旋转传感器。霍尔电路通电后，组合起来可以构成各种旋转传感器。霍尔电路通电后，磁体每经过霍尔电路一次，便输出一个电压脉冲。磁体每经过霍尔电路一次，便输出一个电压脉冲。(a)径向磁极径向磁极 (b)轴向磁极轴向磁极 (c)遮断式遮断式 532022-4-21n在转轴上固定一个叶轮和磁体，用流体（气体、在转轴上固定一个叶轮和磁体，用流体（气体、液体）去推动叶轮转动，便可构成流速、流量传液体）去推动叶轮转动，便可构成流速、流量传感器。感器。n在车轮转轴上装上磁体，在靠近磁体的位置上装在车轮转轴上装上磁体，在靠近磁体的位置上装上霍尔开关电路，可制成车速表，里程表等等上霍尔开关电路，可制成车速表，里程

35、表等等542022-4-21n下图的壳体内装有一个带磁体的叶轮，磁体旁装有下图的壳体内装有一个带磁体的叶轮，磁体旁装有霍尔开关电路，被测流体从管道一端通入，推动叶霍尔开关电路，被测流体从管道一端通入，推动叶轮带动与之相连的磁体转动，经过霍尔器件时，电轮带动与之相连的磁体转动，经过霍尔器件时，电路输出脉冲电压，由脉冲的数目，可以得到流体的路输出脉冲电压，由脉冲的数目，可以得到流体的流速。若知管道的内径，可由流速和管径求得流量。流速。若知管道的内径，可由流速和管径求得流量。霍尔流量计霍尔流量计 552022-4-214 4、霍尔元件在电流测量上的应用、霍尔元件在电流测量上的应用用霍尔元件测量电流，

36、都是通过霍尔元件用霍尔元件测量电流，都是通过霍尔元件检测通检测通电导线周围的磁场电导线周围的磁场来实现的。来实现的。 在现代工程技术中，往往要测量在现代工程技术中，往往要测量大直流电流大直流电流，有时直流电流值高达有时直流电流值高达10KA10KA以上。过去，多采用电阻以上。过去，多采用电阻器分流的方法来测量这样大的电流。这种方法有许器分流的方法来测量这样大的电流。这种方法有许多缺点，如分流器结构复杂、笨重、耗电、耗铜等。多缺点，如分流器结构复杂、笨重、耗电、耗铜等。利用霍尔效应原理测量大电流可以克服上述的一些利用霍尔效应原理测量大电流可以克服上述的一些缺点。霍尔效应大电流计结构简单、成本低、

37、准确缺点。霍尔效应大电流计结构简单、成本低、准确度高，在很大程度上与频率无关，便于远距离测量，度高，在很大程度上与频率无关，便于远距离测量，测量时不需要断开回路。测量时不需要断开回路。562022-4-21 （1）导线旁测法）导线旁测法 这种方法是一种最简单这种方法是一种最简单的方法，将的方法，将霍尔元件放在霍尔元件放在通电导线的附近通电导线的附近，给霍尔，给霍尔元件通以恒定电流，用霍元件通以恒定电流，用霍尔元件测量被测电流产生尔元件测量被测电流产生的磁场，就可以从元件输的磁场，就可以从元件输出的霍尔电压中确定被测出的霍尔电压中确定被测电流值。电流值。 BICI通电电流通电电流VH 这种方法虽

38、然结构简单，但测量精度较差，受外界这种方法虽然结构简单，但测量精度较差，受外界干扰也大，只适用一些不重要的场合。干扰也大，只适用一些不重要的场合。572022-4-21 当导线中有电流流通时，导线周围产生磁场，使导当导线中有电流流通时，导线周围产生磁场，使导磁体铁芯磁化成暂时性磁铁，在环形气隙中就会形成一磁体铁芯磁化成暂时性磁铁，在环形气隙中就会形成一个磁场，导体中的电流越大，气隙处的磁感应强度就越个磁场，导体中的电流越大，气隙处的磁感应强度就越大，霍尔元器件输出的霍尔电压大，霍尔元器件输出的霍尔电压VH就越大。可以通过霍就越大。可以通过霍尔电压检测到导线中的电流。这种方法可以提高电流测尔电压

39、检测到导线中的电流。这种方法可以提高电流测量的精度。量的精度。导磁铁心导磁铁心霍尔元器件霍尔元器件通电导线通电导线I（2）导线贯串磁芯法）导线贯串磁芯法 如果用铁磁材料做成磁如果用铁磁材料做成磁导体的铁芯，使被测通电导导体的铁芯，使被测通电导线贯串它的中央，将霍尔元线贯串它的中央，将霍尔元件或霍尔集成传感器放在磁件或霍尔集成传感器放在磁导体的气隙中，这样，可以导体的气隙中，这样，可以通过环形铁芯集中磁力线。通过环形铁芯集中磁力线。582022-4-21 在实际应用中，为了测量的方便，还可以把导磁铁芯在实际应用中，为了测量的方便，还可以把导磁铁芯做成钳式形状，或非闭合磁路的形状，如下图所示。做成钳式形状，或非闭合磁路的形状，如下图所示。I霍尔元器件霍尔元器件通电导线通电导线导磁铁心导磁铁心霍尔元器件霍尔元器件通电导线通