霍爾傳感器的測量機構和工作原理是什麼?

九辯496


霍爾傳感器的測量機構和工作原理是什麼?

如今工業生產過程中自動化程度越來越高,各種非電量測量技術、自動控制技術受重視程度越來越高。因此,工業自動化生產現場的“眼睛”傳感器更加受到關注。


例如題目說到的霍爾傳感器,不僅是用於電量的檢測,還可以用於非電量的檢測。例如電量的檢測參數有電壓、電流、功率、磁感應強度等檢測,非電量測量參數有角位移、壓力等檢測。它是一種基於霍爾效應的磁敏傳感器。

什麼是霍爾效應?霍爾傳感器的工作原理是什麼?

霍爾效應;在磁場中垂直放置一塊通電的金屬薄片或半導體薄片,此時薄片的兩側之間有電動勢產生,稱該現象為霍爾效應。
上圖是一塊霍爾元件,


其製成是基於霍爾效應的。雖然上述說到霍爾效應在金屬薄片或半導體都能產生電動勢,但是在半導體尤其是高純度半導體霍爾效應特別顯著。因此,霍爾元件多數採用的是高純度半導體材料製成的。

圖中是一塊N型半導體霍爾元件,在其相對的兩側面通控制電流,同時在其垂直方向施加磁場,那麼霍爾元件在洛倫茲力的作用下,其兩端則產生一個與控制電流和磁場成正比例關係的電勢差。

電動勢的表達式V=kBI,V表示電動勢、K代表霍爾元件的靈敏度,其不僅跟金屬或半導體材料有關,還與自身的尺寸有關、B代表施加的磁場強度。

根據表達式分析可知,當通電電流恆定,輸出的電動勢正比於磁場強度,由此可知此時霍爾元件所處磁場是非均勻磁場。當施加的磁場強度恆定,輸出的電動勢正比於電流強度。所以說,霍爾傳感器可用於非電量參數測量和電量參數測量,上述則是其緣由。但用於電量參數功率的檢測時,霍爾元件的電流強度和磁感應強度都是變化的,因此輸出電動勢正比於電流強度和磁感應強度乘積。

霍爾元件雖然用的高純度半導體薄片比金屬薄片產生的電動勢明顯,但不是優良的霍爾傳感器。因此,要採用集成電路技術霍爾元件、溫補器、放大器、穩壓電路集成於一個芯片上才能成為性能優越的霍爾傳感器。



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