第5章 电动势式传感器电子教案.ppt

第5章 电动势式传感器 将被测非电量转换为电动势的传感器称为电动势式传感器压电式传感器磁电式传感器霍尔传感器5.3.1 霍尔传感器的工作原理5.3.2 霍尔元件的基本结构5.3.3 霍尔元件的基本测量电路5.3.4 霍尔传感器的应用5.3 霍尔传感器5.3.1 霍尔传感器的工作原理霍尔效应：半导体薄片置于磁场中（磁场方向垂直于薄片），当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应产生的电动势称为霍尔电势 电荷的聚积必将产生静电场，即为霍尔电场，该静电场对电子的作用力为FE与洛仑兹力方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为式中EH为霍尔电场，e为电子电量，UH为霍尔电势当FB = FE时，电子的积累达到动态平衡，即所以： 设流过霍尔元件的电流为 I 时所以： 所以： 导体的电流密度为： 若磁场B和霍尔元件平面的法线成一角度，则作用于霍尔元件的有效磁感应强度为B cos，因此 UH=KHIBcos 霍尔系数由材料的物理性质决定，反映霍尔效应的强弱 由于金属导体内的载流子浓度大于半导体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔系数大于导体 灵敏度 单位磁感应强度和单位控制电流作用时，所产生的霍尔电势。

它不仅与霍尔系数有关，还与霍尔元件的几何尺寸有关 一般要求霍尔元件灵敏度越高越好，由霍尔元件灵敏度的公式可知，霍尔元件的灵敏度与厚度成反比通过以上分析可知：1）霍尔电压UH与材料的性质有关 n 愈大，UH 愈小， n 愈小， UH 愈大，但n太小，需施加极高的电压才能产生很小的电流因此霍尔元件一般采用N型半导体材料2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关 d 愈小， UH 愈大，所以霍尔元件的厚度都比较薄，但d太小，会使元件的输入、输出电阻增加 3）P型半导体，其多数载流子是空穴，也存在霍尔效应，但极性和N型半导体的相反4）霍尔电压UH与磁场B和电流I成正比，如果其中一个为常数，另一个为待测量，只要测出UH ，就可求出待测量5.3.2 霍尔元件基本结构 霍尔元件由霍尔片、 引线和壳体组成 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片, 引出四个引线1、1引线称为激励电极；2、2引线称为霍尔电极 在电路中霍尔元件可用两种符号表示，如图(c)所示a)外形(b)霍尔片(c)符号国产霍尔元件型号的命名方法： 国产霍尔元件型号的命名方法常见的国产霍尔元件型号有HZ-1、 HZ-2、 HZ-3、HT-1、HS-1等 5.3.3 霍尔元件的基本测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图所示。

激励电流由电压源E供给，其大小由可变电阻来调节霍尔元件输出接负载电阻RL，RL可以是放大器的输入电阻或测量仪表的内阻基本测量电路 5.3.4 霍尔传感器的应用 1. 测量磁场和电流 特斯拉计 霍尔式钳形电流表 2. 测量位移 霍尔式位移传感器的工作原理如图所示 磁场强度相同的磁铁, 极性相反地放置, 霍尔元件处在两块磁铁的中间由于磁铁中间的磁感应强度B=0, 因此霍尔元件输出的霍尔电也等于零 若霍尔元件在x轴方向移动, 霍尔元件感受到的磁感应强度也随之改变，在其工作范围内，BKBx，其中斜率KB为常数；这时UH不为零, UH的大小反映出霍尔元件的位移 3. 测量转速 几种不同结构的霍尔式转速传感器如图所示 小磁铁固定在转盘上，转盘与被测转轴相连, 当被测转轴转动时, 转盘随之转动, 小磁铁通过霍尔传感器时，霍尔传感器便产生一个相应的脉冲,检测出单位时间的脉冲数， 便可知被测转速。