霍爾傳感器簡介
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器?;魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種,這一現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng),而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強得多,利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實驗測定的霍爾系數(shù),能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
霍爾傳感器分類
霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。
?。ㄒ唬╅_關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器,斯密特觸發(fā)器和輸出級組成,它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式,稱為鎖鍵型霍爾傳感器。
?。ǘ┚€性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成,它輸出模擬量。
線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測量。。
霍爾傳感器工作原理
磁場中有一個霍爾半導(dǎo)體片,恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下,I的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時向一側(cè)偏移,使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差,這就是所謂的霍爾電壓。
霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化,磁場越強,電壓越高,磁場越弱,電壓越低,霍爾電壓值很小,通常只有幾個毫伏,但經(jīng)集成電路中的放大器放大,就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用,需要用機械的方法來改變磁感應(yīng)強度。下圖所示的方法是用一個轉(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關(guān),當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時,磁場偏離集成片,霍爾電壓消失。這樣,霍爾集成電路的輸出電壓的變化,就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置,利用這一工作原理,可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器?;魻栃?yīng)傳感器屬于被動型傳感器,它要有外加電源才能工作,這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況。
霍爾傳感器優(yōu)缺點分析
優(yōu)點:
精度高:在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%,該精度適合于任何波形的測量;霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高(可達μm級)。
寬帶寬:高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs;但是,電壓傳感器帶寬較窄,一般在15kHz以內(nèi),6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS,帶寬約700Hz。
測量范圍廣泛:電流測量可達50KA,電壓測量可達6400V。
結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達1MHZ),耐震動,不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。
缺點:
互換性比較差,信號隨溫度變化,非線性輸出,最好用單片機進行非線性和溫度校正。