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  4. 霍爾電流傳感器

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    霍爾效應、霍爾元件與霍爾傳感器

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    霍爾效應、霍爾元件與霍爾傳感器

    發布日期:2018-07-10 作者: 點擊:

    1、簡介


    霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。所謂霍爾效應,是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時,產生橫向電位差的物理現象。金屬的霍爾效應是1879年被美國物理學家霍爾發現的。當電流通過金屬箔片時,若在垂直于電流的方向施加磁場,則金屬箔片兩側面會出現橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯,而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現極強的霍爾效應。利用霍爾效應制成的各種霍爾元件,廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?;魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數,能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。


    2、霍爾效應及其本質



    霍爾效應示意圖


    在式(1)中:若保持控制電流Ic不變,在一定條件下,可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小,由此建立了磁場與電壓信號的聯系,根據這一關系式,人們研制了用于測量磁場的半導體器件即霍爾元件。


    霍爾效應的本質是:固體材料中的載流子在外加磁場中運動時,因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發生偏移,并在材料兩側產生電荷積累,形成垂直于電流方向的電場,最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡,從而在兩側建立起一個穩定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示:參加材料導電過程的不僅有帶負電的電子,還有帶正電的空穴。


    3、霍爾元件及其應用


    根據霍爾效應,人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點,因此,在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。


    由于通電導線周圍存在磁場,其大小與導線中的電流成正比,故可以利用霍爾元件測量出磁場,就可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。其優點是不與被測電路發生電接觸,不影響被測電路,不消耗被測電源的功率,特別適合于大電流傳感。


    若把霍爾元件置于電場強度為E、磁場強度為H的電磁場中,則在該元件中將產生電流I,元件上同時產生的霍爾電位差與電場強度E成正比,如果再測出該電磁場的磁場強度,則電磁場的功率密度瞬時值P可由P=EH確定。利用這種方法可以構成霍爾功率傳感器。


    如果把霍爾元件集成的開關按預定位置有規律地布置在物體上,當裝在運動物體上的永磁體經過它時,可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號列可以傳感出該運動物體的位移。若測出單位時間內發出的脈沖數,則可以確定其運動速度。


    4、霍爾傳感器的分類


    霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種。(1) 線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。(2) 開關型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器,斯密特觸發器和輸出級組成,它輸出數字量。


      按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為:直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性,后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場,用這個磁場來作被檢測的信息的載體,通過它,將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等,轉變成電量來進行檢測和控制。


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    關鍵詞:霍爾傳感器,電流傳感器,霍爾電流傳感器

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