电气与电子测量技术-霍尔传感器.ppt

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1、霍尔传感器,霍尔传感器,霍尔效应霍尔元件及应用霍尔电流传感器,霍尔效应：金属导体或半导体薄片处于磁场中，当垂直于磁场方向有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。,霍尔效应,霍尔效应,FH=-eEH=-e,UH,b,FL=evB,FL=-FH,i=-j bd=-nev bd,UH=bvB,n材料的电子（载流子）浓度。,e电子（载流子）电荷量；,j电流密度；,（1）,（2）,霍尔效应,UHKHBi 其中KH为霍尔片的灵敏度，与材料的性质、形状有关。,如果磁场与薄片法线有夹角：UHKHBI cos,两横侧间的霍尔电压：,为霍尔系数。,其中,（3）,（4）,当l/b较小时,需考虑形

2、状系数:,霍尔元件,具有霍尔效应的元件称霍尔元件。霍尔传感器由霍尔元件组成。金属材料的自由电子浓度n很高，因此RH很小，使输出UH很小。半导体的电子浓度n适中，霍尔传感器中的霍尔元件都是由半导体材料构成,多用N型半导体材料。霍尔元件越薄（d越小），KH越大，所以一般霍尔元件都比较薄。,霍尔元件调理电路,霍尔元件的基本测量电路如图所示。激励电流由电源E供给，可变电阻RP用来调节激励电流I的大小。RL为输出霍尔电势UH的负载电阻。通常它是显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。,霍尔元件的基本测量电路,霍尔片 四极引线 壳体,霍尔元件结构,霍尔传感器是一种磁传感器和磁电转换元件，检测磁场及其变化，另

3、外各种与磁场有关的场合都可以应用。,霍尔式传感器的应用,（1）直接测磁场强度（I恒定）；,（2）衍生：电流、电压、微小位移、压力、速度、加速度、振动等（需附加磁场B）,应用范围：,1）体积小，重量轻，功耗小，可靠性好；2）响应频率高（可达1MHZ）；3）非接触式、可用于特殊应用环境；4）易于集成。,线性、非机械、半导体,应用特点：,霍尔式传感器的应用,缺点：受温度影响较大，转换效率较低。,a）对移 b）侧移 c）旋转 d）遮断,应用实例位移、速度,检测齿轮的速度、齿形、齿数,应用实例齿轮检测,利用霍尔元件测地磁场，用于寻北、空间姿态等。,应用实例霍尔电子罗盘,霍尔电流传感器,磁路定律,霍尔电流

4、传感器,霍尔直测式电流传感器霍尔磁补式电流传感器,特点：直流，交流，脉冲（冲击）电流均可测 非接触（隔离）,1霍尔直测式电流传感器,霍尔直测式电流传感器,UHKHIB已知KH，HB/，L，N，由HLNIc计算Ic,（精度不高，较少使用）,2霍尔磁补式电流传感器,直到HpHs时Is不再增加，这时霍尔片就达到零磁通检测。,磁平衡时，NpIpIsNs计算Ip,霍尔钳形电流表,将磁芯做成张合结构，在磁芯开口处放置霍尔器件，将环形磁芯夹在被测电流流过的导线外，即可测出其中流过的电流。这种钳形表既可测交流也可测直流。,小结,霍尔效应和霍尔元件调理电路 控制电流回路，霍尔电压输出回路霍尔电流传感器 直测式，磁补式,