开关型霍尔集成传感器的原理与应用.pdf

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1、万方数据开关型霍尔集成传感器的原理与应用TheTheoryandApplicationofSwitch1——typeHallSensor口徐鼎新XuDingxin【作者简介】徐鼎新，男．工程师。工作单位：福州市计量所。通讯地址：350003福州市湖滨路121号。【摘要】本文简单扼要地介绍了开关型霍尔集成传感器的原理和特性，概括地介绍了几种使用型式，列举了在出租车计价器等的实用方法。介绍了一种简单、实用的测试电路。【关键词】霍尔效应霍尔元件开关型霍尔集成传感器成品传感器·【收稿时间]2003—05—221．原理与特性美国物理学家E·HALL于1879

2、年发现了一种新的物理效应，即在一片金属薄片的上下方向通有电流L在垂直于金属面的方向上加一个磁场(磁感应强度为B)，就可以发现在金属薄片的左右两侧会产生电压％。实验证明，只要磁场不是特别强，yH和，及B成正比，与薄片的厚度d成反比。即：vH=RH·I·B／d。这个效应后来就以HALL来命名．称为霍尔效应。称％为霍尔电压，RH为霍尔系数，金属薄片也就成为霍尔元件。对于一个确定的霍尔元件，RH和d都已确定，所以上式可以改写成：v-H=(Rt4／d)’I’B2KH’，·B：这里KH=RH／d，KH就称为霍尔灵敏度。由于霍尔效应建立了％和J、B的关系，霍尔元

3、件本身就是一个传感器，是一种磁电式传感器。霍尔元件所产生的电压yH通常很小，都应加以放大。用集成电路技术，可以计量与测试技术·2003·№．4将霍尔元件及放大器、温度补偿电路、稳压电源等集成于一个芯片上，构成霍尔集成传感器(亦称霍尔集成电路)。按其输出信号的形式，可分为“线性型”和“开关型”两种。本文介绍开关型霍尔传感器。开关型霍尔集成传感器(以下简称开关型霍尔传感器)的内部由霍尔元件、放大器、稳压电源、施密特整形电路和集电极开路输出等部分组成。常用的开关型霍尔传感器有美国sPRAGUE公司的UGN3000系列如UGN3020、UGN3030等。它

4、没有输入端，因磁场是由空间输入的。规定用磁铁的S极接近开关型霍尔传感器正面时形成的B为正值，从图1曲线看：当B=0时，yo为高；B=BOp时，yo立即变低，这点称为“导通点”。继续升高B，‰不变。降低B到B詹尸时，yo又回升。这点称为“释放点”。图l还有一种“锁定型”的开关型霍尔传感器。如uGN3075／76。当磁场强度超过Bop时，其输出导通。而在磁场撤消后，其输出状态保持不变，必须施加反向磁场，并使之超过BRP时，才能使其关断。特性曲线如图2所示。Boe和BRp之间存在一个回差：BH=Boe—BRp。这一特性使开关动作更可靠，并可防止干扰所引起

5、的误差动作。囝2由于开头型霍尔传感器是无触点的，在开关状态时，无火花、不产生干扰、使用寿命长、灵敏度高，因此开关型霍尔传感器有十分广泛的应用领域。不仅应用于工业自动控制，而且随着计量与测试技术越来越多地采用数字电路，可用于角位移、角速度、角加速度、出租汽车计价器、汽车里程表、转速、振动频率等。2．几种使用型式2．1碰头式如图3，磁铁处在开关型霍尔传感器的中心轴线上，且移动方向与中心轴线相一致。当磁铁接近开关霍尔传感器，使B≥。BOp，开关霍尔传感器导通，输出低电平。当磁铁反向离开时，B≤B胖，开关霍尔传感器断开。输出高电平。磁铁在这种情况下往复移动

6、就产生高低电平的信号。图3图万方数据2．2滑近式有“平行滑近”和“旋转滑近”。平行滑近：磁铁端平面与霍尔传感器工作面的延长面相平行。其间距使磁铁平行滑近正对开关型霍尔传感器时，所产生的磁感应强度B≥Bop，开关型霍尔传感器输出为低电平，磁铁平行滑离。使B≤BRP时，开关型霍尔传感器产生高电平，旋转滑近。如图4，是出租车计价器的一种传感器。由开关型霍尔传感器、转轴(上嵌有磁铁)、上下轴承、铝材制成的壳体等组成。转轴与汽车变速箱连动，汽车行驶时转轴也旋转，当嵌有的磁铁．从侧面滑近正对开关型霍尔传感器时，输出低电平；当磁铁滑离时，开关型霍尔传感器输出高电

7、平。转轴不断旋转，所产生的高、低电平供计价器计数。尉42．3磁屏蔽式开关型霍尔传感器正对着磁铁，它们之间有一定距离的空气隙，这时开关型霍尔传感器受到磁场作用，输出低电平。若在空气隙中加一片软铁薄片，如图5—1所示。将作用于开关型霍尔传感器上的磁场屏蔽，输出高电平。I吒2型出租车计价器检定装置的传感器就是采用这种型式：如图5—2，磁铁与开关型霍尔传感器装在铜材制成的壳体中。开关型霍尔传感器正对磁铁，它们之间有一定的空气隙。由软铁薄片制成的转盘，形状如图5—3所示，转盘上有对称且相互间隔的“叶片”和“缺口”0转盘安装在检定装置主滚轮的轴端，随主滚轮转动

8、。当叶片转团入气隙中，磁力线被屏蔽，霍尔传感同时作为计价器信号使用。旱嵯确叔棼开关型霍尔传麝器‘+涨K掀肆片闻‘确隰>≤p