霍爾效應(yīng)傳感器在應(yīng)用中的基本原理是怎樣的？

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，由霍爾效應(yīng) 的原理可得霍爾電勢的大小取決于：RH為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān);I為霍爾元件的偏置電流;B為磁場強(qiáng)度;d為半導(dǎo)體材料的厚度。對于一個(gè)給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流 I 固定時(shí)，UH將完全取決于被測的磁場強(qiáng)度B。

霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(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(dá)1MHZ)，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

1、霍爾電流由于具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和不損失被測電路能量等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機(jī)、變電站、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測大電流、電壓的各個(gè)領(lǐng)域中。在電力電子產(chǎn)品中，對大電流進(jìn)行精確的檢測和控制也是產(chǎn)品安全可靠運(yùn)行的根本保證。

2、霍爾傳感器的性能特點(diǎn)

霍爾電流傳感器具有優(yōu)越的電性能，是一種先進(jìn)的、能隔離主電路回路和電子控制電路的電檢測元件。它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了互感器和分流器的不足(互感器只適用于50Hz工頻測量;分流器無法進(jìn)行隔離測量)。 利用同一只霍爾電流傳感器既可以檢測交流也可以檢測直流，甚至可以檢測瞬態(tài)峰值，因而是替代互感器和分流器的新一代產(chǎn)品?；魻栯娏鱾鞲衅骶呷缦绿攸c(diǎn)：可測量任意波形的電流?；魻栯娏鱾鞲衅骺梢詼y量任意波形的電流參量，如直流、交流和脈沖波形等。也可以對瞬態(tài)峰值參數(shù)進(jìn)行測量，其副邊電路可以忠實(shí)地反映原邊電流的波形。 這一點(diǎn)普通互感器無法與其相比，因?yàn)槠胀ǖ幕ジ衅饕话阒贿m用于50Hz的正弦波;精度高。一般的霍爾電流傳感器在工作區(qū)域內(nèi)的精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量，而普通互感器精度一般為3%～5%，且只適合于50Hz的正弦波形;線性度優(yōu)于0.5%;動(dòng)態(tài)性能好。一般霍爾傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于7μs，跟蹤速度di/dt高于50A/μs;

霍爾電流傳感器以其優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能為提高現(xiàn)代控制系統(tǒng)的性能提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)(無感元件)。一般普通互感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為10～20μs，這顯然已不適應(yīng)工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的需要(感性元件)。工作頻帶寬?？稍?～20kHz頻率范圍內(nèi)很好地工作;過載能力強(qiáng)，測量范圍大(0～±10000A)可靠性高，平均無故障工作大于5×10000小時(shí);尺寸小，重量輕，易于安裝且不會(huì)給系統(tǒng)帶來任何損失。

霍爾器件的應(yīng)用與我們的日常生活也息息相關(guān)，霍爾電壓傳感器相對電磁式電壓互感器而言，具有體積小、重量輕、寬頻帶、交直流兩用等特點(diǎn)，在工業(yè)測控領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為幫助大家深入了解，本文將對霍爾電壓傳感器的相關(guān)知識予以匯總。如果您對本文即將要涉及的內(nèi)容感興趣的話，那就繼續(xù)往下閱讀吧。

霍爾傳感器的工作原理是：磁場中有一個(gè)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(shí)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。

什么是霍爾傳感器?

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

霍爾傳感器常見的類型?

1、霍爾壓力傳感器：敏感元件彈簧片一端固定，另一端安裝著霍爾元件。當(dāng)輸入壓力增加時(shí)，彈簧伸長，使處于恒定梯度磁場中的霍爾元件產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從霍爾元件輸出的電壓的大小即可反映出壓力的大小。

2、霍爾電流傳感器：在磁芯上開一氣隙，內(nèi)置一個(gè)線性霍爾元件，器件通電后，便可由它輸出的霍爾電壓得出導(dǎo)線中流通電流的大小。

霍爾傳感器應(yīng)用領(lǐng)域有?

1、測量領(lǐng)域：可用于測量磁場、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等;

2、通訊領(lǐng)域：可用于放大器、振蕩器、相敏檢波、混頻、分頻、以及微波功率測量等;

3、自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域：可用于無刷直流電機(jī)、速度傳感、位置傳感、自動(dòng)記數(shù)、接近開關(guān)等。

霍爾效應(yīng)開關(guān)和儀器級傳感器在工業(yè)應(yīng)用中正變得越來越普及，如今產(chǎn)品和制造工藝設(shè)計(jì)師可以選用高度集成的各種霍爾效應(yīng)器件。雖然在需要哪些規(guī)范以及磁場測量方面總的來說仍有許多困惑，但這些器件已被證明應(yīng)用起來相當(dāng)簡便。

在使用數(shù)量上只有溫度傳感器略勝一籌，但霍爾效應(yīng)傳感器亦已被用于國內(nèi)和商業(yè)應(yīng)用中種類廣泛的設(shè)備，包括DVD、CD、內(nèi)存驅(qū)動(dòng)器、自動(dòng)玩具、手機(jī)、汽車羅盤以及汽車點(diǎn)火系統(tǒng)。你還可以在線性、工業(yè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備、位置檢測器以及軍事/航空設(shè)備中見到它們的身影。

制造和測試工程師使用各種類型的分立霍爾效應(yīng)傳感器與儀器提供產(chǎn)品信息并監(jiān)視制造工藝步驟。雖然在測量功能上與其它類型的傳感與儀器可能有些重疊，但對于某些類型的測量來說霍爾效應(yīng)傳感器明顯是最佳選擇，甚至有些情況下沒有其它類型的測試設(shè)備能夠提供所需的數(shù)據(jù)，其中就包括對直流電流值、旋轉(zhuǎn)位置、間隙、表面或泄漏磁場值的測量?；魻栃?yīng)傳感器歷史部分提供了有關(guān)這些傳感器的一些背景知識。

霍爾效應(yīng)傳感器的工作原理

當(dāng)以一定角度穿過一片材料的磁場影響到在此材料中流動(dòng)的電流時(shí)就會(huì)產(chǎn)生霍爾電壓?；魻柶ǔＪ且黄匦蔚陌雽?dǎo)體材料，作為有源元件或“有源區(qū)域”產(chǎn)生霍爾電壓(圖1)?；魻柶薪o定的長度l、寬度w和厚度t。

測量霍爾電壓

對于與霍爾片正交的磁通量矢量來說，最大霍爾電壓VH就是霍爾片磁場靈敏度γB 與磁場通量密度B的乘積，即：

VH = γBB

這是在霍爾片上可以測得的最大霍爾電壓。當(dāng)霍爾片表面與磁通量矢量不是正交而是呈一個(gè)角度θ時(shí)，霍爾電壓VH等于：

VH = γBB × sinθ

電流I流經(jīng)長度為l的霍爾片。電流是在觸點(diǎn)Ic(+)和Ic(-)之間流動(dòng)的。磁場處于z方向，也就是說正交于霍爾片平面。由磁場施加的力被稱為洛倫茲力，它迫使電荷載體(空穴或電子)沿著圖示線條曲線向霍爾片邊緣移動(dòng)。這個(gè)力是載流子速度和磁場強(qiáng)度的一個(gè)系數(shù)。最終在寬度為w的材料的觸點(diǎn)VH(+)和VH(-)之間測到的霍爾電壓正比于磁場的通量密度。

儀器配置

霍爾效應(yīng)傳感器的支持設(shè)備包括用于提供電流Ic的電流源和用于測試觸點(diǎn)VH(+)和VH(-)之間霍爾電壓的電壓表。有些方案還采用負(fù)載電阻RL用于電壓測量，如圖2所示。許多類型的霍爾效應(yīng)儀器提供這種支持電路的某個(gè)部分作為測量系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。來自觸點(diǎn)VH(+)和VH(-)的電壓引線可以直接連接到高阻電壓表進(jìn)行讀數(shù)，或連接到其它電路進(jìn)行放大、調(diào)整和處理。(使用交流源和鎖相放大器的更復(fù)雜系統(tǒng)也可以用，但不在本文討論范圍內(nèi))