磁电、磁敏式传感器

6.1磁电感应式传感器（电动式）6.2霍尔式传感器6.3磁敏元件第六章磁电、磁敏式传感器理解磁电式传感器的磁电转换原理及结构特征；了解霍尔式传感器的磁电转换原理；理解霍尔效应，掌握实际使用方法。了解磁敏元件的原理及结构特征。

本章要求第六章磁电、磁敏式传感器磁电作用主要分为电磁感应和霍尔效应两种情况，磁（电）敏式传感器可以分为磁电感应式传感器和霍尔式传感器两种。此外还有一些半导体磁电传感器，如磁敏电阻器，磁敏晶体管，以及以这些元器件为磁--电转换器的各种半导体磁敏功能器件。磁电作用

被测非电量电信号测量电路U、I第六章磁电、磁敏式传感器磁电作用

被测非电量电信号测量电路U、I第六章磁电、磁敏式传感器磁电式传感器的定义通过磁电作用，被测非电量转换为电信号的传感器。磁电式传感器的感测量磁场、速度、位移、加速度、压力、电流等。磁电式传感器的种类根据工作原理：感应式、霍尔式和磁敏式等。磁电感应式传感器：利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。有源传感器：不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号。特点：输出功率大，性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000Hz）。一、磁电感应式传感器概述

§6.1磁电感应式传感器（电动式）磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的。由法拉第电磁感应定律可知，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势E(V)的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率，即

磁通量的变化可以通过很多办法来实现，如磁铁与线圈之间作相对运动；磁路中磁阻的变化；恒定磁场中线圈面积的变化等，一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式两类。二、磁电感应式传感器工作原理1、恒磁通式

§6.1磁电感应式传感器（电动式）图恒磁通式磁电传感器结构原理图

恒磁通式磁电感应传感器结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种。 式中：B0——工作气隙磁感应强度；L——每匝线圈平均长度；N——线圈在工作气隙磁场中的匝数；v——相对运动速度。永久磁铁与线圈之间的相对运动速度切割磁力线从而产生感应电势。当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与v成正比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。这类传感器的线圈和磁铁都是静止不动的。利用磁性材料制成齿轮，在运动中它不断地改变磁路的磁阻，因而改变了贯穿线圈的磁通量，因此在线圈中感应出电动势。变磁通式传感器一般都做成转速传感器，产生的感应电势的频率作为输出，其频率值取决于磁通变化的频率。2、变磁通式在结构上分为开磁路和闭磁路两种。

开磁路变磁通式转速传感器如图所示，传感器由永久磁铁、感应线圈、软铁组成。齿轮安装在被测转轴上，与转轴一起旋转。

1—永久磁铁；2—软铁；3—感应线圈；4—齿轮。图开磁路变磁阻式转速传感器当齿轮旋转时，由齿轮的凹凸引起磁阻变化，而使磁通发生变化，因而在线圈3中感应出交变电势，其频率等于齿轮的齿数和转速的乘积，即式中，z为齿轮的齿数；n为被测轴的转速(r/min)；

f为感应电势频率(Hz)。当齿轮的齿数z确定以后，若能测出f

就可求出转速n(n=60f/z)。这种传感器结构简单，但输出信号小，转速高时信号失真也大，在振动强或转速高的场合，往往采用闭磁路变磁阻式转速传感器。已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?解：测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f等于齿轮的齿数Z与转速n的乘积。=80(r/min)f=nZ/60n==图为闭磁路变磁通式，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，

外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感生电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。6.1磁电感应式传感器1--转轴2--内齿轮3a、3b--外齿轮4--线圈5--永久磁铁转速传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度，因而它是与被测速度成一定比例的，当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。所以这种传感器有一个下限工作频率，一般为50Hz左右，闭磁路转速传感器下限频率可低到30Hz左右，上限工作频率可达100Hz。若将输出电势信号转化为脉冲信号，则可方便的求解出转速的大小。当测量电路接入磁电传感器电路时，Rf为测量电路输入电阻，R为线圈等效电阻，则磁电传感器的输出电流和电压为三、磁电感应式传感器基本特性1、磁电传感器的灵敏度传感器的输出电流和电压灵敏度分别灵敏度为灵敏度相对误差为灵敏度误差：工作温度变化、外界磁场干扰、机械振动或冲击，灵敏度会变化。

§6.1磁电感应式传感器（电动式）磁电式传感器产生非线性误差的主要原因：电流磁场效应。2、磁电传感器的非线性误差传感器线圈内流过电流时，产生一定的交变磁通，叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上，使恒定的气隙磁通变化。传感器电流的磁场效应

§6.1磁电感应式传感器（电动式）这种影响分为两种情况：1、当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速度增大时,将产生较大的感生电势E和较大的电流I，由此而产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反，减弱了工作磁场的作用,从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。传感器电流的磁场效应2、当线圈的运动速度与图示方向相反时,感生电势E、线圈感应电流反向，所产生的附加磁场方向与工作磁场同向，从而增大了传感器的灵敏度。其结果是线圈运动速度方向不同时,传感器的灵敏度具有不同的数值。传感器本身灵敏度越高,线圈中电流越大，这种非线性越严重。为补偿上述附加磁场干扰,可在传感器中加入补偿线圈，如图所示。补偿线圈通以经放大K倍的电流,适当选择补偿线圈参数,可使其产生的交变磁通与传感线圈本身所产生的交变磁通互相抵消,从而达到补偿的目的。3、磁电传感器的温度误差当温度变化每摄氏度时，对铜线变化量为dl/l≈0.167×10-4,dR/R≈0.43×10-2，dB/B的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，灵敏度随温度变化误差为这一数值是很可观的，需要进行温度补偿。热磁分流器补偿：热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。在正常工作温度下已将空气隙磁通分掉一小部分。当温度升高时，热磁分流器的磁导率显著下降，经分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低，从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化，维持传感器灵敏度为常数。

§6.1磁电感应式传感器（电动式）

信号输出经测量电路转换可获得位移和加速度直接输出电动势，测量速度信号；接入积分电路可测量位移信号；接入微分电路可测量加速度信号。四、磁电感应式传感器测量电路磁电感应式传感器直接输出电动势，且通常具有高的灵敏度，一般不需要高增益放大器。

§6.1磁电感应式传感器（电动式）位移速度加速度位移速度加速度速度经积分电路可测量位移IfCIi

Ruiu0-+理想运放根据设电容上初始电压为零，输出电压是输入电压对时间积分uitu0t测量电路-位移速度经微分电路可测量加速度

If

RfIc

Cuiu0-+理想运放因为u0tuit测量电路—加速度五、磁电感应式传感器的应用

§6.1磁电感应式传感器（电动式）1.振动测量

磁铁与线圈之间相对运动，运动速度接近振动速度，磁路气隙中的线圈切割磁力线，产生于正比振动速度的感应电动势输出不从零开始，从Va开始:1.V＞Va必需克服静摩擦力,才能相对运动；2.V>Vc惯性太大超过范围

振动传感器输出特性当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。当被测轴感受扭矩时，轴的两端产生扭转角，因此两个传感器输出的两个感应电动势将因扭矩而有附加相位差。扭转角与感应电动势相位差的关系为

式中：z为传感器定子、转子的齿数。2.扭矩测量1、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（

）。A．位移

B．速度C．加速度

D．光强2、当传感器线圈相对磁场运动所产生的附加磁场与原工作磁场方向相反时，附加磁场将

工作磁场的作用，从而使传感器的灵敏度随检测速度的增大而

。A、减弱、增大B、减弱、降低C、减弱、不变D、增强、增大3、磁电式传感器是利用导体和磁场发生

而在导体两端输出感应电动势的原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。4、磁电式传感器只用于测量

，可以直接测量振动物体的线速度或旋转体的角速度，加入积分或者微分电路后，可以测量位移和加速度。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。

1879年美国物理学家霍尔（E.H.Hall）首先在金属材料中发现了霍尔效应,但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。

优点：灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高（可达1MHz）、耐高温、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。已广泛应用于非电量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。§6.2霍尔式传感器——霍尔元件灵敏度——霍尔电势1、定义霍尔：1879年半导体一、霍尔效应图形符号UH＝KH

IBKH——霍尔元件的灵敏度。若保持I恒定，作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势UH也就越高。

若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度

时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos

，这时的霍尔电势为UH=KHIBcos

2.工作原理

霍尔效应是物质中的运动电荷受磁场中洛仑兹（Lorentz)力作用而产生的一种特性。霍尔元件(设为N型半导体)置于磁场B中，当通以电流I时，运动电荷（载流子电子）受磁场中洛仑兹力fL

的作用，向垂直于B和电流I的方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即运动电荷（电子）有向某一端积聚的现象，使霍尔元件一端面产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积聚。由于电荷聚积，产生静电场，该静电场对运动电荷（电子）的作用力fE

与洛仑兹力fL方向相反，阻止其偏转，当二力相等时，电荷积累达到动态平衡，此时的静电场即为霍尔电场，在电荷积聚的两面上产生的电势称为霍尔电势。

(a)磁场为0时电子的流动(b)电子在洛仑兹力作用下发生偏转(c)电荷积累达到平衡时洛仑兹力fL=evB

e—电子所带电荷量v—电子运动平均速度B—磁感应强度霍尔电场作用力fE

=eEH=eUH/bEH—霍尔电场UH—霍尔电势b—霍尔片的宽度动态平衡时fL=fE

则evB=eUH/b由于电流密度J=﹣nev，则电流强度为I=﹣nevbd

N型半导体：

P型半导体：式中，d—霍尔片厚度n

—电子浓度

p—空穴浓度3.霍尔系数及灵敏度

（1）霍尔系数：N型半导体：

P型半导体：

RH

被定义为霍尔传感器的霍尔系数，霍尔系数由材料性质决定。它决定霍尔电势的强弱。

（2）灵敏度：则，于是得到RH＝

。UH＝KH

IB

霍尔元件的灵敏度就是指在单位磁感应强度和单位控制电流作用时，所能输出的霍尔电势的大小。由于材料电阻率

与载流子浓度和其迁移率

有关，即

或

霍尔电势除了与材料的载流子迁移率和电阻率有关，同时还与霍尔元件的几何尺寸有关。一般要求霍尔元件灵敏度越大越好，霍尔元件的厚度d与KH

成反比，因此，霍尔元件的厚度越小其灵敏度越高（一般0.1mm）。

要想霍尔电势强，材料的电阻率必须要高，且迁移率也要大。虽然金属导体的载流子迁移率很大，但其电阻率低；绝缘体电阻率很高，但其载流子迁移率低。因此，只有半导体材料为最佳的霍尔传感器材料。霍尔元件：基于霍尔效应工作的半导体器件。霍尔元件材料：多采用N型半导体材料。霍尔元件组成：霍尔片、四根引线和壳体。二、霍尔元件的结构与特性最常用的霍尔元件材料有：锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等半导体材料。霍尔元件的壳体：用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。1、霍尔元件的构造霍尔片是一块半导体单晶薄片(4×2×0.1mm3)，长度方向两端面上焊有a、b两根引线，通常用红色导线，称为控制电极；在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，称为霍尔电极。§6.2霍尔式传感器二、霍尔元件的结构与特性锗（Ge）：灵敏度低、温度特性及线性度好。锑化铟（InSb）：灵敏度最高、受温度影响大。1、霍尔元件的构造溅射工艺制作的锑化铟霍尔元件输出1输出2输入1输入2磁性顶端引线衬底霍尔元件霍尔元件电路图形符号：

1—1’激励电极2—2’霍尔电极§6.2霍尔式传感器1）.输入电阻Ri和输出电阻Ro

Ri

是指控制电流电极之间的电阻值，Ro指霍尔电压电极间的电阻。Ri

和Ro

可以在无磁场时，用欧姆表等测量。Ri

Ro，（100~2000）。2).额定控制电流Ic使霍尔元件在空气中产生10℃温升的控制电流。（几mA~几十mA）。3).不等位电势U0和不等位电阻R0霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时其霍尔电压电极间的电势为不等位电势（也称为非平衡电压或残留电压）。主要是由于两电极不在同一等位面上以及材料电阻率不均匀等因素引起的。一般U0

10mV。不等位电势和额定控制电流Ic之比为不等位电阻。R0=U0/Ic。4).灵敏度KH在单位磁感强度下，通以单位控制电流时所产生的开路霍尔电压。3、霍尔元件的技术参数5).寄生直流电势U0D在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在霍尔电压电极间产生的直流电势。主要是由于电极与霍尔基片间的非完全欧姆接触所产生的整流效应造成的。6).霍尔电势温度系数

在一定的磁感应强度和控制电流下，温度每变化℃时，霍尔电势变化的百分率（％/℃）。7).电阻温度系数β

为温度每变化1℃时，霍尔元件电阻变化的百分（％/℃）。8).灵敏度温度系数

为温度每变化1℃时，霍尔元件灵敏度的变化率。9).线性度霍尔元件的线性度常用1kGs时相对于5kGs时霍尔电压的最大差值的百分比表示。

霍尔元件在实际应用时，存在多种因素影响其测量精度，造成测量误差的主要因素有两类：一类是半导体固有特性；一类为半导体制造工艺的缺陷。其表现为零位误差(不等位电势误差)和温度误差。

三、霍尔元件测量误差和补偿当霍尔元件通以激励电流I时，若磁场B=0，理论上霍尔电势UH=0，但实际UH≠0，这时测得的空载电势称不等位电势U0。产生的原因：霍尔引出电极安装不对称，不在同一等位面上，或激励电极接触不良。半导体材料不均匀，几何尺寸不均匀，造成电阻率不均匀。(1)不等位电势

不等位电势的补偿分析不等位电势时可把霍尔元件等效为一个电桥不等位电压相当于桥路初始有不平衡输出，U0≠0，可在电阻大的桥臂上并联电阻。不等位电势可表示为

U0=r0IH,

r0为不等位电阻霍尔元件是半导体元件，它的许多参数与温度有关。当温度变化时，载流子浓度n、迁移率μ、电阻率ρ，霍尔系数RH都会变化。(2)温度误差及补偿灵敏度与温度系数关系

恒流源补偿：由UH=KHIB

可见，恒流源I

供电可使UH稳定，但灵敏度系数KH=RH/d=ρμ/d

也是温度的函数，温度T变化时，灵敏度KH也变化。

恒流源补偿方法:在霍尔元件上并联一分流电阻RpIHRIN当TIPUH由于恒流源电流I不变，Rp自动增加分流，使Ip增大，IH

下降，UH下降；补偿电阻Rp

可选择负温度系数.IHRPTIPUHKH=RH/d=ρμ/d多数霍尔器件是正温度系数，TKH

，可通过减小

I

保持

KH×I

不变，抵消温度造成KH增加的影响。四、霍尔元件的应用电路

1.基本测量电路

控制电流I由电源E供给，电位器W调节控制电流I的大小。霍尔元件输出接负载电阻RL

，RL可以是放大器的输入电阻或测量仪表的内阻。由于霍尔元件必须在磁场与控制电流作用下，才会产生霍尔电势UH，所以在测量中，可以把I和B的乘积，或者I，或者B作为输入信号，则霍尔元件的输出电势分别正比于IB或I或B。

基本电路UH＝KHIB

2.霍尔元件的驱动方式

霍尔元件的控制电流可以采用恒流驱动或恒压驱动。（a）恒流驱动（b）恒压驱动图（a）为直流供电情况。控制电流端并联，由W1、W2调节两个元件的输出霍尔电势，A、B为输出端，则它的输出电势为单片的两倍。图（b）为交流供电情况。控制电流端串联，各元件输出端接输出变压器B的初级绕组，变压器的次级便有霍尔电势信号叠加值输出。（a）（b）3.霍尔元件的连接方式

除了霍尔元件基本电路形式之外，如果为了获得较大的霍尔输出电势，可以采用几片叠加的连接方式。4.霍尔电势的输出电路

霍尔元件是一种四端器件，本身不带放大器。霍尔电势一般在毫伏量级，在实际使用时必须加差分放大器。霍尔元件大体分为线性测量和开关状态两种使用方式，因此，输出电路有两种结构。

（a）线性应用

（b）开关应用

当霍尔元件作线性测量时，最好选用灵敏度低一点、不等位电势小、稳定性和线性度优良的霍尔元件。

当霍尔元件作开关使用时，要选择灵敏度高的霍尔器件。

集成霍尔传感器：利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路集成在一起的霍尔传感器，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。集成霍尔传感器由于减少了焊点，显著地提高了可靠性，还具有体积小、重量轻、功耗低等优点，应用越来越广泛。五、集成霍尔传感器1、开关型集成霍尔传感器霍尔开关电路开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，施密特触发器和输出级五部分组成。§6.2霍尔式传感器§6.2霍尔式传感器2、线性集成霍尔传感器线性集成霍尔传感器：霍尔元件与放大线路集成在一起的传感器。输出电压与外加磁场成线性比例关系。

一般由霍尔元件、差分放大、射极跟随输出及稳压四部分组成。线性霍尔集成传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。六、霍尔传感器的应用利用霍尔传感器的磁电转换特性可以十分方便地测量磁场强度、电流等有关的物理量。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它将许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

1.位移测量2.力（压力）测量3.角度测量4.霍尔加速度传感器5.霍尔电流传感器6.霍尔功率传感器7.霍尔计数装置（接近开关）8.霍尔转速传感器9.液位控制对上式积分UH=Kx

霍尔电势与位移量成线性关系，其输出电势的极性反映了位移方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。当x＝0时，则元件置于磁场中心位置，UH＝0。这种位移传感器一般可测量1~2mm的微小位移，其特点是惯性小，响应速度快，无触点测量。利用这一原理可以测量与之有关的非电量，如力、压力、加速度、液位和压差等。1．位移测量

在梯度磁场中放置一个霍尔元件。当控制电流I恒定不变时，霍尔电势UH

与磁感应强度成正比；若磁场在一定范围内沿x方向的变化梯度dB/dx为一常数，则当霍尔元件沿x方向移动时，霍尔电势变化为

（位移传感器的输出灵敏度）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，左和右半部产生霍尔电势UH1和UH2，方向相反。因此，c、d两端电势为UH1-UH2。若霍尔元件在初始位置时UH1=UH2，则输出为零。改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，可得输出电压，大小正比于位移量。当力F作用在悬臂梁上时，梁将发生变形，霍尔器件将有与力成正比的电压输出，通过测试电压即可测出力的大小。力与电压输出有一些非线性时，可采用电路或单片机软件来补偿。2.力(压力)测量3.角度测量将霍尔器件置于永久磁铁的磁场中，其输出霍尔电势UH为4.霍尔加速度传感器霍尔式加速度传感器上下方向的加速度成比例的惯性力梁发生弯曲变形自由端产生与加速度成比例的位移霍尔元件输出与加速度成比例的霍尔电势UH。5.霍尔电流传感器（霍尔传感器测电流）

霍尔传感器广泛用于测量电流，从而可以制成电流过载检测器或过载保护装置；在电机控制驱动中，作为电流反馈元件，构成电流反馈回路。铁心II将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。线性霍尔IC下面以UGN3501M霍尔传感器为例，阐明其测量电流的原理。标准软磁材料圆环中心直径为40mm，截面积为4×4mm2（方形），圆环上有一缺口，放入霍尔传感器，圆环上绕有11匝线，并通过检测电流。根据磁路理论，可以算出电流为50A时，可产生0.3T磁场强度。由于UGN3501M的灵敏度为14mV／mT，则在0~50A电流范围内，其输出电压变化为0~4.2V。压舌豁口霍尔钳形电流表（交直流两用）霍尔式电流谐波分析仪6.霍尔功率传感器

利用UH=KHIB关系，如果I和B是两个独立变量，霍尔器件就是一个简单实用的模拟乘法器；如果I和B分别与某一负载两端的电压和通过的电流有关，则霍尔器件便可用于负载功率测量。霍尔器件测电功率负载ZL所取电流i流过铁芯线圈以产生交变磁感强度B，电源电压U经过降压电阻R得到的交流电流ic流过霍尔器件，则霍尔器件输出电压uH便与电功率P成正比，即还可以完成乘方、开方、到数、除法、开立方等功能。霍尔元件平方器

霍尔元件开方器

7.霍尔计数装置（接近开关）UGN3501T具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可以检测铁磁物质的有无，利用这一特性可以制成计数装置。从图中还可以看出，霍尔元件也是一种接近开关。霍尔式接近开关当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁（永磁）。用开关型霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。在右图中，当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔IC的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔IC）起到限位的作用。开关型霍尔IC软铁分流翼片霍尔式接近开关用于转速测量霍尔式接近开关用于限位作用8.霍尔转速传感器1—转轴2—转盘3—磁铁4—霍尔元件几种霍尔转速传感器的结构在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮。永磁体安装在轴端永磁体安装在轴侧SN线性霍尔磁铁将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。图（a），当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；图（b），当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。（a）（b）带有微型磁铁的霍尔传感器钢质齿圈霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。带有微型磁铁的霍尔传感器9.液位控制

在浮子上装一块小磁钢，在两液位极限位置上装上霍尔开关集成电路。当液面升、降到极限位置时，霍尔开关集成电路便输出信号用以控制电机的开、关，从而达到控制液位的目的。练习题1.霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受

作用产生

的结果。2.半导体材料中的

比金属的小得多，因而霍尔常数大，加上半导体中电子的

比空穴大，故霍尔元件多采用

材料制成。3.减少霍尔元件温度误差的电路措施有：(1)采用

提供控制电流；(2)合理选择

。(3)

。4.霍尔元件使用时

电极和

电极不能接反，霍尔电势UH=

。5.可以减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是①工艺上保证电极对称，实现欧姆接触；②

。6.霍尔式传感器基本包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成

，另一部分是霍尔元件和

。7.制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是（）A.

半导体中电子迁移率比空穴高B.

半导体材料的电子迁移率比较大C.

半导体较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件D.半导体载流子浓度比金属的大8.霍尔效应中，霍尔电动势与（）A.灵敏度成反比B.灵敏度成正比C.霍尔元件的厚度成反比D.霍尔元件的厚度成正比9.霍尔效应中，霍尔电动势与（）A.激磁电流成正比B.激磁电流成反比C.磁感应强度成正比D.磁感应强度成反比10.下列不属于霍尔元件基本特性参数的是（）。A.不等位电势B.不等位电阻C.寄生直流电动势D.零点残余电压11.霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（）A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C．周围环境温度变化D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配

磁敏元件也是基于磁电转换原理,60年代西门子公司研制了第一个磁敏元件,1968年索尼公司研制成磁敏二极管,目前磁敏元件应用广泛。磁敏传感器主要有：磁敏电阻；§6.3磁敏元件磁敏元件磁敏晶体管。磁敏二极管磁敏三极管磁阻效应：当载流体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化的现象。当温度恒定时，在磁场中磁阻与磁感应强度B的平方成正比。若器件只有在电子参与导电的情况下，理论推导出来的磁阻效应方程为一、磁敏电阻元件§6.3磁敏元件1、磁阻效应迁移率越高的材料（如InSb、InAs、NiSb等半导体材料）磁阻效应越明显。从微观上讲，材料的电阻率增加是因为电流的流动路径因磁场的作用而加长所致。长方形样品扁条状长形圆盘样品磁阻效应除与材料有关外，还与磁敏电阻的形状有关。（几何磁阻效应）在恒定磁感应强度下，磁敏电阻的长度与宽度的比越小，电阻率的相对变化越大。2、磁敏电阻结构长方形样品：霍尔电场作用FH小,电阻变化很小。扁条状长形：霍尔电势EH很小,电流磁场作用偏转厉害，效应明显。圆盘样品：外加磁场时，电流以螺旋形路径指向外电极，路径增大电阻增加。在圆盘中任何地方都不会积累电荷也不会产生霍尔电场。为了消除霍尔电场影响获得大的磁阻效应,

一般将磁敏电阻制成圆形或扁条长方形。磁敏电阻的结构等效电路磁敏电阻与霍尔元件属同一类,都是磁电转换元件,二者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力,只有与辅助材料(磁铁)并用才具有识别磁极的能力.（3）磁敏电阻的输出特性RM磁敏电阻电路符号RM无偏置磁场时只能检测磁场不能判别磁性。输出弱磁场时磁阻与磁场关系为：

R=R0（1+MB2）

R0——为零磁场内阻；

M——为零磁场系数；外加偏置磁场时磁阻具有极性，相当于在检测磁场外加了偏置磁场，工作点移到线性区，磁极性也作为电阻值变化表现出来，这时电阻值的变化为：

R=RB（1+MB）

RB——为加偏置磁场电阻这种传感器主要用于识别磁性墨水的图形和文字，在自动测量技术中检测微小磁信号，如录音机、录像机的磁带、磁盘；防伪纸币、票据、信用（磁）卡上用的磁性油墨等。可测磁性齿轮，磁性墨水，磁性条形码，磁带，识别有机磁性（自动售货机）。(4)磁敏电阻的应用锑化铟(InSb)磁阻传感器在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用

利用锑化铟（InSb）磁阻传感器进行弱磁信号的检测，已取得了成功，例如在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用。在该元件的磁敏表面上垂直施加磁通量时，则可使其电阻发生变化。将两只磁敏电阻RM1、RM2串联，施加一定的UE

和特定磁场B；当外磁场接近两个磁阻元件之一时，在该元件上产生磁通增量

，使输出电压发生变化。MRS型系列磁敏电阻传感器验钞笔、验钞仪顺着纸币上的磁性防伪线扫描1.磁敏二极管（SMD）结构磁敏二极管在P，N之间有一个较长（载流子扩散长度的5倍以上）的本征区I，本征区I的一面磨成光滑的复合表面（为I区），另一面用喷砂法打毛，形成高复合区（为r区），其目的是因为电子－空穴对易于在粗糙表面复合而消失。当通以正向电流后就会在P+–I–N+结之间形成电流。由此可知，磁敏二极管是PIN型的。。二、磁敏二极管2.磁敏二极管的工作原理

当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，如图（b）所示，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时应有大量电子注入P区，形成电流。只有少量电子和空穴在I区和r区复合掉。当磁敏二极管受到外界磁场B+（正向磁场）作用时，如图（c）所示，则电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合速度比光滑面I区快，因此，形成的电流因复合速度快而减小。

当磁敏二极管受到外界磁场B－（反向磁场）作用时，如图（d）所示，电子、空穴受到洛仑兹力作用而向I区偏移，由于电子、空穴复合率明显变小，