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無需補償電路的霍爾傳感器誤差消除方法

發(fā)布時間:2017-06-07 責任編輯:susan

【導讀】霍爾傳感器以無觸點,體積小,結構簡單等優(yōu)點,在電測、自動控制和計算裝置等方面得到了廣泛應用。由于霍爾傳感器產(chǎn)生誤差的原因多,目前雖然采取了各種補償措施,但僅用一種補償電路很難有效地對各種誤差進行補償。為此,本文設計了一種電路,不用補償電路就能有效地對各種誤差進行補償。
 
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器?;魻栃谴烹娦囊环N,這一現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金屬的導電機構時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導體、導電流體等也有這種效應,而半導體的霍爾效應比金屬強得多,利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件,廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?;魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數(shù),能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
 
主要誤差及產(chǎn)生原因

1.零位誤差
 
零位誤差是由不等位電勢所造成的。產(chǎn)生不等位電勢的主要原因是:2個霍爾電極沒有安裝在同一等位面上;材料不均勻造成電阻分布不均勻,控制電極接觸不良,造成電流分布不均勻等。
 
2.寄生直流電勢誤差
 
產(chǎn)生寄生直流電勢的主要原因是:控制極與霍爾極元件接觸不良,形成非歐姆接觸;2個霍爾電極大小不對稱,使2個電極的熱容量不同,散熱狀態(tài)不同,兩極間出現(xiàn)溫差電勢,使霍爾元件產(chǎn)生溫漂所致。
 
3.感應零位電勢誤差
 
霍爾元件在交流或脈動磁場中工作時,即使不加控制電流,由于霍爾極分布不對稱,霍爾端也有一定輸出,其大小正比于磁場的脈動頻率、磁感應強度的幅值和兩霍爾電極引線構成的感應面積。
 
4.自勵磁場零位電勢誤差
 
當霍爾元件通以控制電流時,此電流也會產(chǎn)生磁場,稱自勵磁場。當電極引線不對稱時,元件兩邊磁感應強度不相等,將有自勵場的零位電勢輸出。
 
5.溫度誤差
 
 
目前,為了消除以上誤差,除在工藝上注意外,一般都采用電阻補償電路進行補償,但在較精密的測量中效果仍不理想。
 
消除各種誤差的方法
 
 
所取的電位經(jīng)運放A4組成的電壓跟隨器驅(qū)動電纜的屏蔽層,這樣就較好地抑制了交流共模電壓的干擾。圖3所示的電路,適用于各種傳感器電路。
 
霍爾傳感器使用中的注意事項
 
(1)為了得到較好的動態(tài)特性和靈敏度,必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合,要耦合得好,最好用單根導線且導線完全填滿霍爾傳感器模塊孔徑。
 
(2)使用中當大的直流電流流過傳感器原邊線圈,且次級電路沒有接通電源或副邊開路,則其磁路被磁化,而產(chǎn)生剩磁,影響測量精度(故使用時要先接通電源和測量端M),發(fā)生這種情況時,要先進行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源,而在原邊線圈中通一同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值。
 
(3)在大多數(shù)場合,霍爾傳感器都具有很強的抗外磁場干擾能力,一般在距離模塊5-10cm之間存在一個兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場干擾是可以忽略的,但當有更強的磁場干擾時,要采取適當?shù)拇胧﹣斫鉀Q。通常方法有:
 
① 調(diào)整模塊方向,使外磁場對模塊的影響最小
 
② 在模塊上加罩一個抗磁場的金屬屏蔽罩
 
③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊。
 
(4)測量的最佳精度是在額定值下得到的,當被測電流遠低于額定值時,要獲得最佳精度,原邊可使用多匝,即:IpNp=額定安匝數(shù)。另外,原邊饋線溫度不應超過80℃。
 
 
霍爾傳感器的特點(與普通互感器比較)
 
1、 霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓,如:直流、交流、脈沖波形等,甚至對瞬態(tài)峰值的測量。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的,它一般只適用于測量50Hz正弦波。
 
2、 原邊電路與副邊電路之間完全電絕緣,絕緣電壓一般為2KV至12KV,特殊要求可達20KV至50KV。
 
3、 精度高:在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%,該精度適合于任何波形的測量。而普通互感器一般精度為3%至5%且適合50Hz正弦波形。
 
4、 線性度好:優(yōu)于0.1%
 
5、 動態(tài)性能好:響應時間小于1μs跟蹤速度di/dt高于50A/μs
 
6、 霍爾傳感器模塊這種優(yōu)異的動態(tài)性能為提高現(xiàn)代控制系統(tǒng)的性能提供了關鍵的基礎。與此相比普通的互感器響應時間為10-12ms,它已不能適應工作控制系統(tǒng)發(fā)展的需要。
 
7、 工作頻帶寬:在0-100kHz頻率范圍內(nèi)精度為1%。在0-5kHz頻率范圍內(nèi)精度為0.5%。
 
8、 測量范圍:霍爾傳感器模塊為系統(tǒng)產(chǎn)品,電流測量可達50KA,電壓測量可達6400V。
 
9、 過載能力強:當原邊電流超負荷,模塊達到飽和,可自動保護,即使過載電流是額定值的20倍時,模塊也不會損壞。
 
10、 模塊尺寸小,重量輕,易于安裝,它在系統(tǒng)中不會帶來任何損失。
 
11、 模塊的初級與次級之間的“電容”是很弱的,在很多應用中,共模電壓的各種影響通常可以忽略,當達到幾千伏/μs的高壓變化時,模塊有自身屏蔽作用。
 
12、 模塊的高靈敏度,使之能夠區(qū)分在“高分量”上的弱信號,例如:在幾百安的直流分量上區(qū)分出幾毫安的交流分量。
 
13、 可靠性高:失效率:λ=0.43╳10-6/小時
 
14、 抗外磁場干擾能力強:在距模塊5-10cm處有一個兩倍于工作電流(2Ip)的電流所產(chǎn)生的磁場干擾而引起的誤差小于0.5%,這對大多數(shù)應用,抗外磁場干擾是足夠的,但對很強磁場的干擾要采取適當?shù)拇胧?/div>
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