《《霍爾傳感器》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《霍爾傳感器》PPT課件.ppt（25頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第7章霍爾傳感器原理及其應用 7 1概述7 2霍爾傳感器的測量電路和誤差分析7 3霍爾傳感器的應用電路 7 1概述 霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器 1879年美國物理學霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應 隨著半導體技術的發(fā)展 開始用半導體材料制成霍爾元件 由于它的霍爾效應顯著而得到應用和發(fā)展 霍爾傳感器是基于霍爾效應將被測量 如電流 磁場 位移 壓力 壓差 轉速等 轉換成電動勢輸出的傳感器 霍爾式傳感器結構簡單 體積小 堅固 頻率響應寬 動態(tài)范圍大 非接觸 使用壽命長 可靠性高 易于微型化和集成化 在測量技術 自動化技術和信息處理得到了廣泛的應用 7 1 1霍爾元件的結構目前最常用的霍爾元件材料是鍺 Ge 硅 Si 銻化銦 InSb 砷化銦 InAs 等半導體材料 20世紀80年代末出現(xiàn)了一種新型霍爾元件 超晶格結構 砷化鋁 砷化稼 的霍爾器件 它可以用來測微磁場 霍爾元件由霍爾片 4根引線和殼體組成 霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片 在它的長度方向兩端面上焊有a b兩根引線 稱為控制電流端引線 通常用紅色導線 其焊接處稱為控制電流極 要求焊接處接觸電阻很小 并呈純電阻 即歐姆接觸 在薄片的另兩側端面的中間以點的形式對稱地焊有c d兩根霍爾輸出引線 通常用綠色導線 其焊接處稱為霍爾電極 要求歐姆接觸 且電寬度與基片長度之比小于0 1 否則影響輸出 霍爾元件的殼體上是用非導磁金屬 陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝 7 1 2霍爾傳感器的工作原理半導體薄片置于磁場中 當它的電流方向與磁場方向不一致時 半導體薄片上平行于電流和磁場方向的兩個面之間產(chǎn)生電動勢 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應 該電動勢稱霍爾電勢 半導體薄片稱霍爾元件 在垂直于外磁場B的方向上放置半導體薄片 當有電流I流過薄片時 在垂直于電流和磁場方向上將產(chǎn)生霍爾電勢EH 作用在半導體薄片上的磁場強度B越強 霍爾電勢EH也就越高 霍爾效應原理圖 7 1 3霍爾傳感器的命名方法國產(chǎn)霍爾元件型號命名的方法如圖所示 霍爾電勢可用下式表示 EH KHIBKH 霍爾器件的靈敏度 它表示霍爾器件在單位磁感應強度和單位激勵電流作用下霍爾電勢的大小 KH 1 ned 當磁場和環(huán)境溫度一定時 霍爾元件輸出的霍爾電勢EH與控制電流I成正比 當控制電流和環(huán)境溫度一定時 霍爾元件的輸出電勢與磁感應強度B的乘積成正比 7 1 4霍爾傳感器的特性參數(shù)1 額定控制電流與最大控制電流2 輸入電阻和輸出電阻3 乘積靈敏度4 不等位電勢和不等位電阻 7 2霍爾傳感器的測量電路和誤差分析 7 2 1霍爾傳感器的測量電路霍爾元件的基本測量電路如圖 控制電流I由電壓源E供給 R是調(diào)節(jié)電阻 用以根據(jù)要求改變I的大小 所施加的外電場B一般與霍爾元件的平面垂直 控制電流也可以是交流電 霍爾元件的基本測量電路 7 2 2霍爾傳感器的誤差分析霍爾元件對溫度的變化很敏感 因此 霍爾元件的輸入電阻 輸出電阻 乘積靈敏度等將受到溫度變化的影響 從而給測量帶來較大的誤差 為了減少測量中的溫度誤差 除了選用溫度系數(shù)小的霍爾元件或采取一些恒溫措施外 也可使用以下的溫度補償方法 1 恒流源供電 恒流源溫度補償電路 2 采用熱敏元件對于由溫度系數(shù)較大的半導體材料制成的霍爾元件 可采用以下溫度補償電路 圖a是在輸入回路進行溫度補償 圖b是在輸出回路進行溫度補償 在安裝測量電路時 熱敏元件最好和霍爾元件封裝在一起或盡量靠近 以使二者的溫度變化一致 a 在輸入回路進行補償 b 在輸出回路進行補償 采用熱敏元件的溫度補償電路 3 不等位電勢的補償不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級 有時甚至超過霍爾電勢 實用中 若想消除不等位電勢是極其困難的 因而只有采用補償?shù)姆椒?不等位電勢由不等位電阻產(chǎn)生 因此可以用分析電阻的方法找到一個不等位電勢的補償方法 霍爾元件的等效電路 由于矩形霍爾片有兩對電極 各個相鄰電極之間有4個電阻R1 R2 R3 R4 因而可把霍爾元件視為一個4臂電阻電橋 這樣不等位電勢就相當于電橋的初始不平衡輸出電壓 理想情況下 不等位電勢為零 即電橋平衡 相當于R1 R2 R3 R4 則所有能夠使電橋達到平衡的方法均可用于補償不等位電勢 使不等位電勢為零 1 基本補償電路霍爾元件的不等位電勢補償電路有很多形式 圖a是在造成電橋不平衡的電阻值較大的一個橋臂上并聯(lián)RP 通過調(diào)節(jié)RP使電橋達到平衡狀態(tài) 稱為不對稱補償電路圖b相當于在兩個電橋臂上并聯(lián)調(diào)用電阻 稱為對稱補償電路 a 不對稱補償 b 對稱電路 2 具有溫度補償?shù)难a償電路下圖是一種常見的具有溫度補償?shù)牟坏任浑妱菅a償電路 其中一個橋為熱敏電阻Rt 并且Rt與霍爾元件的等效電路的溫度特性相同 在磁感應強度B為零時調(diào)節(jié)RP1和RP2 使補償電壓抵消霍爾元件 此時輸出不等位電勢 從而使B 0時的總輸出電壓為零 不等位電勢的橋式補償電路 7 3霍爾傳感器的應用電路 霍爾元件具有結構簡單 體積小 重量輕 頻帶寬 動態(tài)性能好和壽命長等許多優(yōu)點 因而得到廣泛應用 在電磁測量中 用它測量恒定的或交變的磁感應強度 有功功率 無功功率 相位 電能等參數(shù) 在自動檢測系統(tǒng)中 多用于位移 壓力的測量 1 霍爾接近開關霍爾接近開關是一個無接觸磁控開關 當磁鐵靠近時 開關接通 當磁鐵離開后 開關斷開 常見霍爾接近開關實物圖 2 霍爾式壓力傳感器霍爾元件組成的壓力傳感器包括兩部分 一部分是彈性元件 如彈簧管或膜盒等 用它感受壓力 并把它轉換成位移量 另一部分是霍爾元件和磁路系統(tǒng) 下圖中彈性元件是彈簧管 當被測壓力發(fā)生變化時 彈簧管端部發(fā)生位移 帶動霍爾片在均勻梯度磁場中移動 作用在霍爾片的磁場發(fā)生變化 輸出的霍爾電勢隨之改變 3 霍爾式轉速傳感器轉盤的輸入軸與被測轉軸相連 當被測轉軸轉動時 轉盤隨之轉動 固定在轉盤附近的霍爾傳感器可在每一個小磁場通過時產(chǎn)生一個相應的脈沖 檢測出單位時間的脈沖數(shù) 便可知道被測轉速 根據(jù)磁性轉盤上小磁鐵數(shù)目就可確定傳感器測量轉速的分辨率 測轉角 汽車速度測量 4 霍爾式汽車無觸點點火裝置傳統(tǒng)的機電汽缸點火裝置使用機械式的分電器 存在著點火時間不準確 觸點易磨損等缺點 采用霍爾開關無觸點晶體管點火裝置可以克服上述缺點 提高燃燒效率 作業(yè) 什么是霍爾效應 畫出霍爾元件的基本測量電路 并說明該電路的工作原理 霍爾傳感器中不等位電勢產(chǎn)生的原因 有哪些補償方法