霍爾傳感器工作原理及主要特性

霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場(chǎng)傳感器，廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。那么霍爾傳感器的工作原理是什么？這種傳感器都有哪些優(yōu)點(diǎn)？主要參數有哪些？本文將一一解答。

（霍爾效應的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側建立起一個(gè)穩定的電勢差即霍爾電壓。）

通過(guò)霍爾效應實(shí)驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類(lèi)型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱(chēng)之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饕卜Q(chēng)為霍爾集成電路，其外形較小，如下圖所示：

霍爾傳感器

霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)及用途

許多人都知道，轎車(chē)的自動(dòng)化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車(chē)上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì )產(chǎn)生浪涌電流，使機械式開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號。

采用功率霍爾開(kāi)關(guān)電路可以減小這些現象?；魻柶骷ㄟ^(guò)檢測磁場(chǎng)變化，轉變?yōu)殡娦盘栞敵?，可用于監視和測量汽車(chē)各部件運行參數的變化。

例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換；可測量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實(shí)現自動(dòng)檢測。

目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，可在零下40℃到零上150℃范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車(chē)的惡劣工作環(huán)境。

霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對瞬態(tài)峰值的測量。副邊電流忠實(shí)地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無(wú)法與其比擬的，它一般只適用于測量50Hz正弦波

原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達9600Vrms；

精度高：在工作溫度區內精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復精度高（可達μm級）。

寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時(shí)間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以?xún)龋?400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)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。

結構牢固，體積小，重量輕，壽命長(cháng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

上圖即是一種典型的霍爾傳感器實(shí)現定位應用---一個(gè)輪上的兩個(gè)磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾效應傳感器。圖示中的輪子，帶有兩個(gè)等距的磁鐵，傳感器上的電壓在一個(gè)周期內將兩次達到峰值。

通常被用于計量車(chē)輪和軸的速度，例如在內燃機點(diǎn)火定時(shí)（正時(shí)）或轉速表上。其在無(wú)刷直流電動(dòng)機的使用，用來(lái)檢測永磁鐵的位置。

霍爾傳感器廣泛應用在變頻調速裝置、逆變裝置、UPS電源、通信 電源、電焊機、電力機車(chē)、變電站、數控機床、電解電鍍、微機監測、電網(wǎng)監測等需要隔離檢測電流的設施中以及新興的太陽(yáng)能、風(fēng)能和地鐵軌道信號、汽車(chē)電子等領(lǐng)域。

霍爾傳感器的主要特性參數

前面介紹過(guò)了霍爾傳感器是一種根據霍爾效應制作的磁場(chǎng)傳感器，它的主要特性參數有以下幾類(lèi)。

（1）輸入電阻R

霍爾傳感器元件兩激勵電流端的直流電阻稱(chēng)為輸入電阻。它的數值從幾歐到兒百歐，視不同型號的元件而定。

溫度升高，輸入電阻變小，從而使輸入電流變大，最終引起霍爾傳感器電勢變化。為了減少這種影響，最好采用恒流源作為激勵源。

（2）輸出電阻R

兩個(gè)霍爾傳感器電勢輸出端之間的電阻稱(chēng)為輸出電阻，它的數位與輸入電阻同一數量級。它也隨溫度改變順改變。選擇適當的負載電阻易與之匹配，可以使由溫度引起的程水電勢的漂移減至最小。

（3）最大激勵電流I---霍爾傳感器參數

由于霍爾傳感器電勢隨激勵電流的增大而增大，故在應用中總希望選用較大的激勵電流1M但激勵電流增大，程爾元件的功耗增大，元件的溫皮升高，從而引起霍爾傳感器屯勢的溫漂增大，因此每種型號的幾件均規定了相應的最大激勵電流，它的數值從幾毫安至幾百毫安。

（4）靈敏度K

靈敏度KH=EH/IB，它的數值約為10MV（MA.T）左右。

（5）最大磁感應強度BM---霍爾傳感器參數

磁感應強度超過(guò)BM時(shí)，霍爾傳感器電勢的非線(xiàn)性誤差將明顯增大，特斯撿（T）成幾千高斯（Gs）（1Gs=104T）。

（6）個(gè)等位電勢

在額定激勵電流F，當外加磁場(chǎng)為零時(shí)它是由于4個(gè)屯極的幾何尺寸不對稱(chēng)引起的誤差。

（7）霍爾傳感器屯勢溫度系數

6M的數值一般為零點(diǎn)刀霍爾傳感器輸出端之間的開(kāi)路電壓稱(chēng)為不等位電勢，使用時(shí)多采用電橋法來(lái)補償不等位電勢引起日在一定磁感應強度和激勵電流的作用下，溫度每變化1攝氏度時(shí)，霍爾傳感器電勢變化的百分數弱為霍爾傳感器電勢溫度系數，它與霍爾傳感器元件的材料有關(guān)。