《霍尔传感器简介》word版

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1、霍尔传感器简介江苏省洪泽中学　程如林　　引言：霍尔效应是新课标高中物理教材（人教版）选修3-1中的一个研究课题，霍尔元件在新课标高中物理教材（人教版）选修3-2第六章“传感器”中也有简略介绍。课本两处出现此内容，体现了新课标的理念，即关注现代科技、联系生产实际，同时也是为了拓宽学生知识面、增强学生的创新设计能力和激发学生的兴趣。为了便于大家在教学中了解更为细致的内容，笔者查阅了相关资料，现将有关内容整理出来，供各位同行参考。　　摘要：本文简略介绍霍尔传感器的工作原理、分类及其简单应用。　　关键词：霍尔效应霍尔元件霍尔传感器分类特性应用　　霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在

2、各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。　　一、霍尔效应霍尔元件霍尔传感器　　（一）霍尔效应　　如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为。　　式中d为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。　　上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。　　（二）霍尔元件　　根据霍尔效应，人们用

3、半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。　　（三）霍尔传感器　　由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。　　霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。　　二、霍尔传感器的分类　　霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。　　（一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。　　（二）开关型霍尔传感器由稳压器

4、、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。　　三、霍尔传感器的特性　　（一）线性型霍尔传感器的特性　　输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。　　（二）开关型霍尔传感器的特性　　如图4所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。　　当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。　　

5、另外还有一种“锁键型”（或称“锁存型”）开关型霍尔传感器，其特性如图5所示。　　当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。　　四、霍尔传感器的应用　　按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制。　　（一）线性型霍

6、尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如：　　1．电流传感器　　由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。　　霍尔电流传感器工作原理如图6所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。　　2．位移测量　　如图7所示，两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感

7、器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。　　如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，如图8所示，是按这一原理制成的力传感器。　　（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。　　1．测转速或转数　　如图9所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔