磁电式（霍尔）传感器培训课件.ppt

传感器原理及工程应用
第7章磁电式传感器
霍尔式传感器
概述
传感器原理及工程应用
第7章       磁电式传感器
利用霍尔效应制成的传感器称霍尔式传感器,是基于磁电转换原理,把磁学物理量转换成电信号。
.随着半导体技术的发展,磁敏元件得到应用和发展,广泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等方面的电磁、压力、加速度、振动测量。
特点:结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。
磁敏传感器
磁学量
电信号
霍尔式传感器.
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第7章       磁电式传感器
霍尔传感器测转速
概述
霍尔传感器就是基于霍尔效应,把一个导体(半导体薄片)两端通以控制电流I,在薄片垂直方向施加磁感强度B的磁场,在薄片的另外两侧会产生一个与控制电流I和磁场
强度B的乘积成比例的电动势。
通电的导体(半导体)放
在磁场中,电流I与磁场B方
向垂直,在导体另外两侧
会产生感应电动势,这种现
象称霍尔效应。
霍尔式传感器
霍尔效应及霍尔元
传感器原理及工程应用
第7章       磁电式传感器

工作原理:假设在N型半导体薄片上通以电流I,
则半导体中的自由电荷沿着和电流相反的方向运
动,由于在垂直于半导体薄片平面的方向施加磁
场B,所以电子受到洛仑兹力
FL的作用向一边偏转,并使该
边形成电子积累,而另一边则
为正电荷的积累,于是形成电
场,该电场阻止运动电子的继
续偏转。
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第7章       磁电式传感器
霍尔式传感器
霍尔效应及霍尔元件

霍尔电势UH的大小:
式中:
RH—霍尔系数(m3/C) I—控制电流(I)
B—磁感应强度(T ) d—霍尔元件厚度(m)
霍尔系数RH=ρμ,ρ为载流子的电阻率,μ为
载流子的迁移率。
令:KH=RH/d 称霍尔元件的灵敏度
则:UH=KHIB
霍尔式传感器
霍尔效应及霍尔元
传感器原理及工程应用
第7章       磁电式传感器

UH=KHIB
霍尔元件的灵敏度KH—就是指单位磁感应强度和
单位控制电流作用时,所能输出的霍尔电势的大小
当控制电流的方向或磁场的方向改变时,输出电
动势的方向也将改变。但当磁场与电流同时改变方
向时,霍尔电动势极性不变。
如果磁感应强度B和元件平面法线成一角度θ时
则作用在元件上的有效磁场是其法线方向的分量:
UH=KHIBcosθ
传感器原理及工程应用
第7章       磁电式传感器
霍尔式传感器
霍尔效应及霍尔元

1) 霍尔电压UH与材料的性质有关。根据公式,材料的ρ、μ大,RH就大。金属的μ虽然很大,但ρ很小,故不宜做成霍尔元件。在半导体材料中,由于电子的迁移率比空穴的大,且μn>μp,所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。
2) 霍尔电压UH与元件的尺寸有关。
根据公式d 愈小,霍尔灵敏度愈高,所以霍尔元件的厚度都比较薄。
3)霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。根据公式UH正比于I及B。当控制电流I恒定时B愈大UH愈大。当磁场改变方向时, UH也改变方向。同样,当霍尔灵敏度及磁感应强度B恒定时,增加控制电流I,也可以提高霍尔电压UH的输出。
RH=ρμ
讨论:
霍尔式传感器
霍尔传感器基本电路
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第7章       磁电式传感器
霍尔晶体外形矩形薄片有
四根引线,两端加激励两端为
输出;电源E产生控制电流I;
负载RL,R可调,调节控制电流,
B磁场与元件面垂直(向里)。
.实测中可把I*B作输入,
也可把I或B单独做输入。
而霍尔电势输出测量信号U0
与I或B成正比关系。

霍尔式传感器
霍尔传感器的误差及补偿(
传感器原理及工程应用
第7章       磁电式传感器
.当霍尔元件通以激励电流I时,若磁场B=0,理论上霍尔电势UH=0,但实际UH不等于0,这时测得的空载电势称不等位电势U0。产生的原因:
霍尔引出电极安装不对称
半导体材料不均匀