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工程師必讀:關(guān)于霍爾傳感器知識和應(yīng)用案例

發(fā)布時(shí)間:2022-12-16 責(zé)任編輯:秋天

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器?;魻栃?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)比金屬強(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)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。


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霍爾傳感器的工作原理

磁場中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)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(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移,使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差,這就是所謂的霍爾電壓。


霍爾電壓隨磁場強(qiáng)度的變化而變化,磁場越強(qiáng),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(gè)毫伏,但經(jīng)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(qiáng)的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用,需要用機(jī)械的方法來改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。

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關(guān)于霍爾效應(yīng)

由霍爾效應(yīng)的原理知,霍爾電勢的大小取決于: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為磁場強(qiáng)度;d為半導(dǎo)體材料的厚度。對于一個(gè)給定的霍爾器件,當(dāng)偏置電流 I 固定時(shí),UH將完全取決于被測的磁場強(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,就會產(chǎn)生霍爾電流。一般地說,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。

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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,則在垂直于電流和磁場的方向上,將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓。


霍爾傳感器的應(yīng)用案例

霍爾傳感器應(yīng)用于出租車計(jì)價(jià)器

霍爾傳感器在出租車計(jì)價(jià)器上的應(yīng)用:通過安裝在車輪上的霍爾傳感器檢測到的信號,送到單片機(jī),經(jīng)處理計(jì)算,送給顯示單元,這樣便完成了里程計(jì)算。檢測原理,內(nèi)部采用外部中斷0,車輪每轉(zhuǎn)一圈(設(shè)車輪的周長是1m),霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號,引起單片機(jī)的中斷,對脈沖計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1000次時(shí),也就是1km,單片機(jī)就控制將金額自動增加。每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號就使單片機(jī)中斷一次,當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對里程脈沖計(jì)滿1000次時(shí),就有程序?qū)?dāng)前總額累加,使微機(jī)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中,需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作,并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。

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霍爾傳感器技術(shù)應(yīng)用于汽車工業(yè)   

霍爾傳感器技術(shù)在汽車工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,包括動力、車身控制、牽引力控制以及防抱死制動系統(tǒng)。為了滿足不同系統(tǒng)的需要,霍爾傳感器有開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式傳感器三種形式。霍爾傳感器可以采用金屬和半導(dǎo)體等制成,效應(yīng)質(zhì)量的改變?nèi)Q于導(dǎo)體的材料,材料會直接影響流過傳感器的正離子和電子。制造霍爾元件時(shí),汽車工業(yè)通常使用三種半導(dǎo)體材料,即砷化鎵、銻化銦以及砷化銦。最常用的半導(dǎo)體材料當(dāng)屬砷化銦?;魻杺鞲衅鞯男问?jīng)Q定了放大電路的不同,其輸出要適應(yīng)所控制的裝置。這個(gè)輸出可能是模擬式,如加速位置傳感器或節(jié)氣門位置傳感器,也可能是數(shù)字式。如曲軸或凸輪軸位置傳感器。當(dāng)霍爾元件用于模擬式傳感器時(shí),這個(gè)傳感器可以用于空調(diào)系統(tǒng)中的溫度表或動力控制系統(tǒng)中的節(jié)氣門位置傳感器?;魻栐c微分放大器連接,放大器與NPN晶體管連接。磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)軸上,軸在旋轉(zhuǎn)時(shí),霍爾元件上的磁場加強(qiáng)。其產(chǎn)生的霍爾電壓與磁場強(qiáng)度成比例。

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當(dāng)霍爾元件用于數(shù)字信號時(shí),例如曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器或車速傳感器,必須首先改變電路。霍爾元件與微分放大器連接,微分放大器與施密特觸發(fā)器連接。在這種配置中。傳感器輸出一個(gè)開或關(guān)的信號。在多數(shù)汽車電路中,霍爾傳感器是電流吸收器或者使信號電路接地。要完成這項(xiàng)工作,需要一個(gè)NPN晶體管與施密特觸發(fā)器的輸出連接。磁場穿過霍爾元件,一個(gè)觸發(fā)器輪上的葉片在磁場和霍爾元件之間通過。


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