霍爾傳感器簡介

　　霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。后來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

　　霍爾傳感器原理

　　由霍爾效應的原理知，霍爾電勢的大小取決于：Rh為霍爾常數，它與半導體材質有關；I為霍爾元件的偏置電流；B為磁場強度；d為半導體材料的厚度。

　　對于一個給定的霍爾器件，當偏置電流I固定時，UH將完全取決于被測的磁場強度B。

　　一個霍爾元件一般有四個引出端子，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。如果兩輸出端構成外回路，就會產生霍爾電流。一般地說，偏置電流的設定通常由外部的基準電壓源給出；若精度要求高，則基準電壓源均用恒流源取代。為了達到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導磁系數的鍍膜合金；這類傳感器的霍爾電勢較大，但在0.05T左右出現飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。

　　在半導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強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產生電勢差為UH的霍爾電壓。

　　霍爾傳感器工作原理

　　磁場中有一個霍爾半導體片，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體時向一側偏移，使該片在CD方向上產生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。

　　霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低，霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，但經集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁感應強度。下圖所示的方法是用一個轉動的葉輪作為控制磁通量的開關，當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅動軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點使它能檢測轉速低的運轉情況。

　　霍爾傳感器主要特性參數

　　（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

　　兩個霍爾傳感器電勢輸出端之間的電阻稱為輸出電阻，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BM時，霍爾傳感器電勢的非線性誤差將明顯增大，特斯撿（T）成幾千高斯（Gs）（1Gs=104T）。

　　（6）個等位電勢

　　在額定激勵電流F，當外加磁場為零時它是由于4個屯極的幾何尺寸不對稱引起的誤差。

　　（7）霍爾傳感器屯勢溫度系數

　　6M的數值一般為零點刀霍爾傳感器輸出端之間的開路電壓稱為不等位電勢，使用時多采用電橋法來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，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。

　　霍爾傳感器功能特點

　　1、霍爾傳感器可以對任意波形的電流電壓進行測量，但是普通的傳感器就不具有這種功能，普通傳感器只是用于測量50Hz正弦波;

　　2、霍爾傳感器的原邊電路與副邊電路之間的電氣隔離是比較好的，隔離的電壓最高達到了9600Vrms;

　　3、霍爾傳感器是一款精度高傳感器，傳感器在工作溫度區內精度優于1%，這樣的測量精度無論對于什么波形的測量都是比較適合的。

　　4、霍爾傳感器的線性度優于0.1%;并且霍爾傳感器是系列產品，電流測量可達50KA，電壓測量可達6400V。

　　5、寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs;但是電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。

　　霍爾傳感器優缺點分析

　　優點：

　　精度高：在工作溫度區內精度優于1%，該精度適合于任何波形的測量；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、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間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約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，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

　　缺點：

　　互換性比較差，信號隨溫度變化，非線性輸出，最好用單片機進行非線性和溫度校正。

　　霍爾傳感器的檢測方法

　　1、開關型霍爾傳感器的檢測

　　開關型霍爾傳感器的測試方法如下：首先，找一只2kQ的電阻ILL接于①、③腳之間，并將12V直流電源的正極接于開關型霍爾傳感器的①腳、負極接于開關型霍爾傳感器的②腳（如圖1a所示）。將萬用表置于直流50V擋，紅表筆接⑧腳、黑表筆接②腳，觀察萬用表的指針變化當用磁鐵N極接近傳感器的測試點時，萬用表的指針由高電平端向低電平端偏轉；當磁鐵N極遠離傳感器的測試點時，萬用表指針由低電平端向高電平端偏轉。如果磁鐵N極接近或遠離傳感器的測試點時萬用表的指針均不偏轉，則說明該開關型霍爾傳感器已損壞，應及時更換。

　　2．線性型霍爾傳感器的檢測

　　線性型霍爾傳感器測試方法如下：首先，將圖1a中電阻ILL換接于②、③腳之間，并將12V直流電源的正極接于線性型霍爾傳感器的①腳、負極接于線性型霍爾傳感器的②腳。將萬用表置于直流50V擋，萬用表的紅表捧接③腳、黑表棒接②腳。觀察萬用表的指針變化，當用磁鐵N極逐漸接近傳感器的測試點時，萬用表所測電壓應成線性變化，否則，說明該線性型霍爾傳感器已損壞，應及時更換