第五章-霍尔式培训讲学

§5.2霍尔式传感器

霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。霍尔效应和霍尔元件材料霍尔元件构造及测量电路霍尔元件的主要技术指标霍尔元件的补偿电路霍尔式传感器的应用举例一、霍尔效应一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中。当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH。。当载流导体或半导体处于与电流垂直的磁场中时，在其两端将产生电势差。kH：灵敏度系数；I：控制电流；B：磁感应强度；霍尔式传感器可以检测什么量？检测电流，或者检测能够引起磁场变化的物理量（位移、压力、振动）如何提高传感器的灵敏度？二、霍尔材料1．锗(Ge)，N型及P型均可。2．硅(Si)．N型及P型均可。3．砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)，这两种材料的特性很相似。输出电势大。三、霍尔元件的构造三、霍尔元件的构造霍尔片：矩形半导体薄片；四极引线：长度方向两端面（控制电流端引线）侧边两端面中点（霍尔电势输出引线）壳体：非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。

四、测量电路RP：调整控制电流的大小；RL：输出端负载，可以是一般电阻，也可以是放大器输入电阻或表头内阻。五、主要技术指标品种输入电流I/mA无负载霍尔电压UH/mV输入电阻r1/欧输出电阻r2/欧灵敏度KH不平衡电压Um/mVUH温度系数/％r1、r2温度系数/％砷化铟100>=8.531.5>=0.085<0.5-0.10.2150>=1221.5>=0.08<0.3-0.10.2400>=301.41.1>=0.075<1-0.070.2锑化铟5250~550240~550240~55050~10010-1~-1.3-1~-1.31080－30010~3010~308~3010-2.0-2.0返回六、不等位电势的补偿不等位电势：磁感应强度为零，元件通以额定激励电流时，霍尔电极间的空载电势，或称为零位电势U0不等位电阻：R0=U0/IH产生原因：霍尔电极的位置不在同一等位面上；材料不均匀，工艺不良；后果：零位误差。补偿方法图5-23不等位电势的补偿电路七、温度特性的补偿原因：半导体材料本身的温度效应。（电阻率、迁移率、载流子浓度）补偿方法：

选用温度系数小的霍尔元件（如：砷化铟）；

采用恒流源供电；(减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流的变化)

线路补偿；

1、分流电阻法适用于恒流源提供控制电流的情况。控制电流极并联补偿电阻。1、分流电阻法当温度由T0变化为T霍尔元件的输入电阻r，温度补偿电阻R0，霍尔元件灵敏度系数KH变化为：控制电流变化为：霍尔电势变化为：1、分流电阻法温度补偿即为使得UH0=UH2、电桥补偿法输出电极串连温度补偿电桥温度变化引起并联的热敏电阻变化，从而调节输出电势。八、霍尔传感器的应用特点：霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽（<1MHz）、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化。应用：在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。霍尔式电流传感器霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器角位移测量磁场与薄片法线的夹角转速测量第