自动检测技术第9章-霍耳传感器课件.ppt

1、结论：霍耳电压（结论：霍耳电压（1 1）与材料有关）与材料有关 （2 2）与电流）与电流I I有关（有关（3 3）与磁场）与磁场B B有关。有关。一、霍耳效应一、霍耳效应 洛伦兹力洛伦兹力：gvBFLnqbdvI 电场强度电场强度：得：得：vBEH 霍耳电压霍耳电压：vBbbEUHH（电位正电荷受力乘距离）（电位正电荷受力乘距离）（n-材料中电子浓度）材料中电子浓度）由于由于（电位正电荷受力）（电位正电荷受力）nqdbIv IBKnqdIBvBbUHH于是：于是：（*霍耳灵敏度霍耳灵敏度：）nqdKH11.1.霍耳电压与霍耳灵敏度霍耳电压与霍耳灵敏度2.2.霍耳系数与电阻率霍耳系数与电阻率nq

2、dIBvBbUHdIBRUHH 霍耳系数：霍耳系数：将前面霍耳电压将前面霍耳电压 式中的式中的 1/nq 定义为霍耳系数定义为霍耳系数RH，即：，即：有；有；。nqRH1dRKHH*霍耳系数霍耳系数R RH H和霍耳灵敏度和霍耳灵敏度K KH H的关系：的关系：lUv（-材料中载流子迁移率，材料中载流子迁移率，U-外电压，外电压，U/l-电场强度）电场强度）bBlUvBbUHnqdIBUH电阻率：电阻率：由由得：得：对比对比 nqdIBbBlU/HRbdlnqbdlIUR对比对比bdlRHR冷轧硅钢片冷轧硅钢片圆环圆环被测被测电流电流引引脚脚霍耳霍耳元件元件B随被测电流变化随被测电流变化被测电

3、流被测电流固定固定电流电流BUH固定电流固定电流I）BKUHH输出：输出：（实例之一实例之一钳型电流表：钳型电流表：I二、霍耳元件的温度特性及补偿二、霍耳元件的温度特性及补偿电阻相对变化电阻相对变化温度低温度低-温度高温度高升温减小升温减小负温度系数负温度系数升温增大升温增大正温度系数正温度系数温度低温度低-温度高温度高霍耳电压相对变化霍耳电压相对变化砷化铟砷化铟硅硅锗锗碲化铟碲化铟锗锗1.1.温度特性温度特性2.2.温度补偿温度补偿(1)(1)利用利用输入回路串电阻输入回路串电阻进行补偿进行补偿U UH HB B-+-等效电路等效电路)1(0tRRHHt在在t度下霍耳系数：度下霍耳系数：tR

4、RHH0)1(0tRRiit在在t度下输入电阻：度下输入电阻：tRRii0itHtHtHRREBdRdIBRU由由itRREI得得tRREBdRtdtdUUitHtHH)(tRRRUiiH)(000温度引起的霍耳电压增量温度引起的霍耳电压增量:显然显然,当当 时时,温度变化不引起的霍耳电压输出。温度变化不引起的霍耳电压输出。RRRii00结论：结论：输入补偿电阻数值：输入补偿电阻数值：（补偿前提：（补偿前提：）)(0iRR(2)(2)利用输出回路的负载利用输出回路的负载进行补偿进行补偿U UH HB B-+-等效电路等效电路恒流源恒流源恒流源恒流源)1(0tUUHHt在在t度下霍耳电压：度下霍

5、耳电压：)1(0tRROOt在在t度下输出电阻：度下输出电阻：LOtLHtLRRRUULOLHLOtLHtLRtRRtURRRUU)1()1(000dtdUL 对上式求导，令对上式求导，令 ，即输出电压对温度，即输出电压对温度t t的的变化率为零，得：变化率为零，得：0OLRR结论：用负载进行温度补偿结论：用负载进行温度补偿 所需负载电阻为：所需负载电阻为：0OLRR 三、霍耳元件的零位特性及补偿三、霍耳元件的零位特性及补偿 零位特性零位特性：霍耳元件在无外加磁场或无控制电流的：霍耳元件在无外加磁场或无控制电流的情况下输出霍耳电压的特性被称为零位特性。情况下输出霍耳电压的特性被称为零位特性。1

6、.1.不等位电压不等位电压 霍耳元件在霍耳元件在无外加磁场无外加磁场B B、有控制电流有控制电流I I的情况下出现的情况下出现霍耳电压霍耳电压U U0 0，被称为不等位电压，被称为不等位电压。此时定义此时定义不等位电阻不等位电阻IUR00 产生原因：焊接、材料不均匀、接触不良等。产生原因：焊接、材料不均匀、接触不良等。解决方法：电桥平衡。解决方法：电桥平衡。2.2.寄生直流电压寄生直流电压 在在无外加磁场无外加磁场B B、有交流控制电流有交流控制电流i i的情况下本应只出的情况下本应只出现交流输出，但却出现非不等位电压的直流电压分量现交流输出，但却出现非不等位电压的直流电压分量。产生原因：焊接

7、差引起整流效应；焊点热容不等。产生原因：焊接差引起整流效应；焊点热容不等。解决方法：改善接触性能和元件散热条件。解决方法：改善接触性能和元件散热条件。4.4.自激场零电压自激场零电压 在在无外加磁场无外加磁场B B、有控制电流有控制电流I I的情况下，因控制电流的情况下，因控制电流I I的磁场（自激场）引起的输出霍耳电压。的磁场（自激场）引起的输出霍耳电压。产生原因：电磁感应产生原因：电磁感应 解决方法：改变输入输出引线布置消除电磁干扰。解决方法：改变输入输出引线布置消除电磁干扰。3.3.感应电动势感应电动势 在在无控制电流无控制电流I I、仅有外加磁场、仅有外加磁场B B变化变化的情况下，在

8、输的情况下，在输出回路中引起的输出电动势出回路中引起的输出电动势。产生原因：霍耳效应产生原因：霍耳效应 解决方法：改变输入输出引线布置消除电磁干扰。解决方法：改变输入输出引线布置消除电磁干扰。第二节第二节 集成霍耳传感器集成霍耳传感器 利用集成电路制造工艺，将霍耳元件和测量电路集成利用集成电路制造工艺，将霍耳元件和测量电路集成在一起的传感器为集成霍耳传感器。在一起的传感器为集成霍耳传感器。优点：可靠性高，体积小、重量轻、功耗低、反应快。优点：可靠性高，体积小、重量轻、功耗低、反应快。一、开关型集成霍耳传感器一、开关型集成霍耳传感器I I1.B=0U2=1U3=1无无U UH H43bbUU设计

9、使设计使I IC1C1I0U2=0U3=0+-U UH H00V V1 1通通 V V2 2截止截止V V3 3截止截止V V4 4通通V V5 5V V6 6通通V V7 7V V8 8通通I IU2=1U3=1+-U UH H00V V1 1截止截止 V V2 2通通V V3 3通通V V4 4截止截止V V5 5V V6 6截止截止V V7 7V V8 8截止截止结论结论:检出正向磁场时传感器输出高电平；检出正向磁场时传感器输出高电平；检出负向磁场或无磁场时传感器输出低电平。检出负向磁场或无磁场时传感器输出低电平。3.B0二、线性集成霍耳传感器二、线性集成霍耳传感器霍耳元件霍耳元件输出模

10、拟电压输出模拟电压功能：把输入信号的变化成比例地变成输出模拟电压变化。功能：把输入信号的变化成比例地变成输出模拟电压变化。差分放大差分放大差分放大差分放大第三节第三节 霍耳传感器的应用霍耳传感器的应用1.1.测量磁场测量磁场通入电流通入电流I I不变，通过检测不变，通过检测U UH H获得磁场获得磁场B B的大小和方向。的大小和方向。一、磁场比例性：一、磁场比例性：利用利用B B与与U UH H的比例关系进行测量的比例关系进行测量 2.2.测量位移测量位移 通入电流通入电流I I不变，将霍耳传感器放在随位移变化的磁不变，将霍耳传感器放在随位移变化的磁 场场B B中。通过检中。通过检测测U UH H获得磁场获得磁场B B的大小和方向，的大小和方向，从而测量位移的从而测量位移的大小和方向。大小和方向。将压力变成将压力变成位移，也可测量。位移，也可测量。U UH HI Ip pB B变变化化调调整整螺螺钉钉膜膜盒盒杠杠杆杆磁磁钢钢霍耳霍耳元件元件