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  4. 霍爾電流傳感器

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    各類霍爾傳感器的原理及實際應用

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    各類霍爾傳感器的原理及實際應用

    發布日期:2019-06-19 作者: 點擊:

    在電子時代,磁傳感器在電機、汽車工業、工業自動控制、機器人、樓宇辦公自動化、家用電器等諸多方面都有著廣泛的應用,如用于感測速度、運動和方向等。其中,霍爾效應傳感器的歷史最為悠久,也是目前最受歡迎的磁傳感器之一。

    由于具備低成本、低功耗、占地面積小、距離感應、可靠性高、壽命長等諸多優點,霍爾傳感器被應用于電機旋轉編碼計數、開關位置檢測、防篡改檢測等多功能性應用中。

    霍爾效應和霍爾傳感器的原理

    霍爾效應原理是Edwin Hall于1879年,在研究金屬的導電機構時發現的。后來,還發現半導體、導電流體等也有這種效應,而半導體的霍爾效應比金屬強得多,利用這現象制成的各種霍爾元件,被廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等領域。

    作為一種流行的磁傳感器技術,霍爾傳感器的原理是在向導體施加垂直磁場時,在載流導體(通常稱為霍爾元件)中會產生差分電壓。電壓是由施加的磁場引起的洛倫茲力的結果,其導致電流電子集中在導體的一端,并在兩端之間產生電勢差。

    具體來說,霍爾效應傳感器由一塊薄的矩形p型半導體材料組成,例如砷化鎵,銻化銦或砷化銦,它們通過自身連續的電流。當器件放置在磁場中時,磁通線在半導體材料上施加力,該力使電荷載流子,電子和空穴偏轉到半導體板的任一側。電荷載流子的這種運動是它們經過半導體材料所經受的磁力的結果。當這些電子和空穴移動側邊時,通過這些電荷載流子的積累在半導體材料的兩側之間產生差分電壓即電位差。

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    霍爾傳感器的分類及應用

    按閾值和線性分類,霍爾傳感器可分為霍爾開關和線性霍爾傳感器兩類。

    1、霍爾開關

    霍爾開關由穩壓器、霍爾元件、差分放大器,斯密特觸發器和輸出級組成,輸出數字信號。它是一種基于閾值的霍爾效應傳感器,可作為一個開關,通過單個輸出(全極),兩個輸出(雙極單極),鎖存輸出(雙極)或一個極(單極)響應任一磁極。通常,如果場來自南極,則輸出電壓為正。如果場源是北極,則輸出電壓為負。

    霍爾開關經過一次磁場強度的變化,則完成了一次開關動作,輸出數字信號,因此可用于計算汽車或機器轉速、ABS系統中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、機車的自動門開關、無刷直流電動機、汽車點火系統、門禁和防盜報警器、自動販賣機、打印機等。

    2、線性霍爾傳感器

    線性霍爾效應傳感器,又稱為零磁通霍爾傳感器,因為輸出是比例信號,即模擬量,線性霍爾傳感器又可分為開環式和閉環式。閉環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。

    線性霍爾效應傳感器可響應磁極或一極,以提高器件靈敏度。此外,輸出可以是未調制的線性模擬電壓信號,或調制的具有變化的占空比的脈沖寬度調制PWM(脈寬寬度調制式)信號,以便在嘈雜環境中使用。

    由于有著很寬的磁場量測范圍,且能夠識別磁極,目前,線性霍爾傳感器主要用于電力機車、地下鐵道、無軌電車、鐵路等,還可用于變頻器中用于監控電量、光伏直流柜監測光伏匯流箱實時輸出電流的作用、電動機保護等。另外,線性霍爾傳感器還可用于測量位置和位移,如液位探測、水流探測等。

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    關鍵詞:霍爾傳感器

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