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霍爾傳感器的工作原理及功能

 二維碼 181
作者:JZ Editor來(lái)源:JZ Robot網(wǎng)址:http://www.gzfc168.cn

引言:霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種,這一現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng),而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多,利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。


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       霍爾傳感器的工作原理


       由霍爾效應(yīng)的原理知,霍爾電勢(shì)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(chǎng)強(qiáng)度;d為半導(dǎo)體材料的厚度。對(duì)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(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B。


       一個(gè)霍爾元件一般有四個(gè)引出端子,其中兩根是霍爾元件的偏置電流 I 的輸入端,另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路,就會(huì)產(chǎn)生霍爾電流。一般地說(shuō),偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準(zhǔn)電壓源給出;若精度要求高,則基準(zhǔn)電壓源均用恒流源取代。為了達(dá)到高的靈敏度,有的霍爾元件的傳感面上裝有高導(dǎo)磁系數(shù)的鍍膜合金;這類傳感器的霍爾電勢(shì)較大,但在0.05T左右出現(xiàn)飽和,僅適用在低量限、小量程下使用。

       

       在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I,并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上,將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓


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       霍爾傳感器的功能


       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(zhǎng),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。霍爾線性器件的精度高、線性度好;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(fù)精度高(可達(dá)μm級(jí))。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬,可達(dá)-55℃~150℃。


       位移測(cè)量

       兩塊**磁鐵同極性相對(duì)放置,將線性型霍爾傳感器置于中間,其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn),當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作△Z位移時(shí),傳感器有一個(gè)電壓輸出,電壓大小與位移大小成正比。

       力測(cè)量

       如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移,便可測(cè)出拉力及壓力的大小,按這一原理可制成的力傳感器。

      角速度測(cè)量

       在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼,霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處,圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周,霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖,從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)(計(jì)數(shù)器),若接入頻率計(jì),便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。

       線速度測(cè)量

       如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上,當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車(chē)輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí),可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)速度。


       按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性,后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng),用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體,通過(guò)它,將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等,轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。


       




       

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