霍尔磁敏传感器的原理及应用——赛斯维传感器网-大发电子平台游戏官网

1 引言

    由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：

    rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；ic为霍尔元件的偏置电流；b为磁场强度；d为半导体材料的厚度。

    对于一个给定的霍尔器件，vh将完全取决于被测的磁场强度b。

    一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流ic的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05t左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。

    近年来，由于半导体技术的飞速发展，出现了各种类型的新型集成霍尔元件。这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。

2 线性霍尔元件的原理及应用

    ugn350lt是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。用ugn350lt可以十分方便地组成一台高斯计。其使用十分简单，先使b=0，记下表的示值voh，再将探头端面贴在被测对象上，记下新的示值voh1。

δvoh=voh1-voh

    如果δvoh＞0，说明探头端面测得的是n极；反之为s极。ugn3501t的灵敏度为7v／t，由此即可测出相应的被测磁感应强度b。

    如果采用数字电压表(dvm)，可得图1所示的线性高斯计。运放采用高精度运放ca3130。该电路的具体调零方式为：开启电源后，令b=0，调节w1使dvm的示值为零，然后用一块标准的钕铝硼磁钢(b=0.1t)贴在探头端面上，调节w2使dvm的示值为1v即可。本高斯计检测时示值如果为-200mv，则探头端面检测的是s极，磁场强度为0．02t。本高斯计也可用来测量交变的磁场，不过dvm应改为交流电压表。显然使用图1的电路可以很方便地扩展普通数字万用表的功能。

    用ugn3501t还可以十分方便地组成如图2所示的钳形电流表。将霍尔元件置于钳形冷轧硅钢片的空隙中，当有电流流过导线时，就会在钳形圆环中产生磁场，其大小正比于流过导线电流的安匝数；这个磁场作用于霍尔元件，感应出相应的霍尔电势，其灵敏度为7v／t，经过运放μa741调零，线性放大后送入dvm，组成数字式钳形电流表。该表的调试也十分简单：导线中的电流为零时，调节w1、w2使dvm的示值为零。然后输入50a的电流，调w3使dvm读数为5v；反向输入-50a电流，数字表示值为-5v。反复调节w1、w2、w3，读数即可符合要求。本钳形电流表经实验，其灵敏度不小于0.1v／a，同样，本电流表也可用于交流电流的测量，将dvm换成交流电压表即可，十分方便。

3 开关型霍尔传感器的原理及应用

    开关型霍尔传感器可分为单稳态和双稳态，内部均有5个部分，即由稳压源、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及输出级组成。双稳态传感器具有两组对称的施密特整形电路。图3是单稳态开关集成霍尔元件ugn3020的功能图及输出特性。对于开关型传感器的正值规定是：用磁铁的s极接近传感器的端面所形成的b值为正值。由图3看出，当b=0时，v0为高电平；当外磁场增至bop时，输出v0由高电平转为低电平。外磁场由bop降至brp时，输出v0由低电平反向，brp被称为释放点。对于ugn3020，bop=0.022t，brp=0.0165t，vol=80～150mv，voh=4v，工作电压为4.5v～24v。

    ugn3020可组成转速计探头。该探头由霍尔元件ugn3020和磁钢组成测量电路。将具有10个齿的圆盘固定于被测对象的旋转主轴上。当圆盘齿经过测量磁路的间隙时，霍尔元件输出高电平，其他时间输出为低电平；这样圆盘每转一周，电路输出10个脉冲，脉冲经过分频后，用频率计即可测出被测对象的实际转速。

    用集成霍尔传感器还可以组成过流检测保护电路，该电路如图4所示。ugn3020固定于环形互感磁钢的空隙中，调整传感面的位置，即可调节其动作的起始磁场，图中的继电器如用内含双向晶闸管的固态继电器代替，可以组成无触点的过流保护电路。

    开关型霍尔元件最具特点的应用是在无刷电机上。通常的直流电机采用电刷型整流子供电，这种供电机构工作时噪声大，电机的寿命由于换相器的严重磨损大大减小。利用霍尔元件代替整流子不仅可以根治有刷电机的上述弊端，而且可以对电机直接调速。如日本胜利公司的hr7200型录像机中，采用两个霍尔元件和旋转磁钢构成电机本体，利用霍尔元件ic1、ic2去开关驱动晶闸管，从而控制流过电机绕组的电流方向来完成换向；调速则通过伺服系统控制定子中的电流来完成。由于采用电子换向，该电机运转十分平稳，几乎无干扰。

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