机械工程测试技术（第3版）课件：霍尔传感器

霍尔

(Hall)

传感器

一、霍尔效应半导体薄片置于磁场中，当在板的长度方向通以电流I

时，在板的宽度b方向产生电动势UH

(称为霍尔电势)，

这种现象称为霍尔效应。1bc是由于运动电荷受磁场中洛仑兹力霍尔效应的产生，作用的结果。da1.在磁场中通以电流I时，半导体材料中的电子将沿I的反方向运动。2.电子在磁场中受洛伦兹力FL

的作用而发生偏转，使板的一侧积聚大量电子，板的另一侧因缺少电子而积累正电荷，从而在两侧面间形成一个电场E。3.电场E产生阻止电子偏转的电场力FE

，随着电荷积累的增加，FE也增大。4.当电场力FE

＝FL

时，电子的积累达动态平衡，输出霍尔电势UH二、霍尔效应的产生机理三、霍尔元件

•霍尔元件(霍尔传感器)：板厚d远小于板宽b和板长，属半导体磁敏传感器。•一般用砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)、锗(Ge)

等高电阻率半导体材料制作霍尔元件。霍尔元件及霍尔效应(a

)霍尔元件构造(b)霍尔元件特性曲线四、霍尔电势UH＝BIRH/d=KHBI其中RH=1/(ne)，KH=RH/dn---单位体积电子的数目，e---电子的电荷量，RH—霍尔常数，反映霍尔效应的强弱。KH

---霍尔元件的灵敏度，表示霍尔元件在单位磁感应强度B和单位控制电流I时，霍尔电势的大小。KH越大越好。Ø电子浓度n越高，RH越小，使UH

，∴金属导体

(电子浓度高)

不适于制作霍尔元件。Ø∵UH

1/d

，∴霍尔元件大都做成薄片(板厚较薄)Ø磁感应强度B与霍尔板平面的法线呈θ角时，霍尔电势

UH＝BIKHcosθ霍尔电势是关于I

、B

、9三个变量的函数，即EH=KHIBcos9使其中2个量不变，将第三个量作为变量，或者固定

其中1个量，其余2个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。五、霍尔传感器的应用霍尔传感器主要用于测量能够转换为磁场变化的物理量。•位置测量用作终端位置开关，用于无接触地监测机器部件的位置。霍尔元件的应用领域测量磁场，检测电流，测量微小位移、压力、机械振动霍尔传感器测量物体位置从a端通入电流I

，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1

，右半部产生霍尔电势VH2

，其方向相反。因此，c

、d两端电势为VH1—VH2

。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2

，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。微位移测量UH

=f(x)(c)灵敏度高测量微位移及振动(a)动态范围达5mm分辨率0.001mm转速测量零件计数•铁磁物质通过霍尔元件上方时，会导致磁场变化，从而使霍尔电势发生变化，记录电势的变化可对通过的零件进行计数。电流计

当电流I流过导线时，导线周围将产生磁场B，B与I成正比，该磁场可通过软磁材料来聚集，然后用霍尔元件进行检测。钢丝绳断丝检测他把机械工程同控制论、信息论、系统论紧密结合，致力于同微电子技术、计算机技术、信息技术、网络技术等新兴技术领域的交叉研究，特别是在先进制造技术、设备诊断、信号处理、无损检测新技术、人工智能与神经网络的应用方面取得一系列成果。获国家自然科学奖、国家发明奖、省部