小器件有大用途,一文看懂霍爾傳感器的大作用
發(fā)布時(shí)間:2017-02-17 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。那么霍爾傳感器的工作原理是什么?這種傳感器都有哪些優(yōu)點(diǎn)?主要參數(shù)有哪些?本文將一一解答。
(霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是:固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移,并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累,形成垂直于電流方向的電場(chǎng),最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡,從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。)
通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù),能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小,故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上,稱之為霍爾傳感器?;魻杺鞲衅饕卜Q為霍爾集成電路,其外形較小。
霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)及用途
許多人都知道,轎車的自動(dòng)化程度越高,微電子電路越多,就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件,尤其是功率較大的前照燈、空調(diào)電機(jī)和雨刮器電機(jī)在開關(guān)時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電流,使機(jī)械式開關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧,產(chǎn)生較大的電磁干擾信號(hào)。
采用功率霍爾開關(guān)電路可以減小這些現(xiàn)象。霍爾器件通過檢測(cè)磁場(chǎng)變化,轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出,可用于監(jiān)視和測(cè)量汽車各部件運(yùn)行參數(shù)的變化。
例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等,并可將這些變量進(jìn)行二次變換;可測(cè)量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等。霍爾器件輸出量直接與電控單元接口,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。
目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng),可在零下40℃到零上150℃范圍內(nèi)工作,全部密封不受水油污染,完全能夠適應(yīng)汽車的惡劣工作環(huán)境。
霍爾傳感器可以測(cè)量任意波形的電流和電壓,如:直流、交流、脈沖波形等,甚至對(duì)瞬態(tài)峰值的測(cè)量。副邊電流忠實(shí)地反應(yīng)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(cè)量50Hz正弦波原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離,隔離電壓可達(dá)9600Vrms;
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(cè)量;霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高(可達(dá)μm級(jí))。
寬帶寬:高帶寬的電流傳感器上升時(shí)間可小于1μs;但是,電壓傳感器帶寬較窄,一般在15kHz以內(nèi),6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)間約500uS,帶寬約700Hz。
測(cè)量范圍廣泛:電流測(cè)量可達(dá)50KA,電壓測(cè)量可達(dá)6400V。
結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長(zhǎng),安裝方便,功耗小,頻率高(可達(dá)1MHZ),耐震動(dòng),不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。
上圖即是一種典型的霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)定位應(yīng)用---一個(gè)輪上的兩個(gè)磁鐵經(jīng)過霍爾效應(yīng)傳感器。圖示中的輪子,帶有兩個(gè)等距的磁鐵,傳感器上的電壓在一個(gè)周期內(nèi)將兩次達(dá)到峰值。
通常被用于計(jì)量車輪和軸的速度,例如在內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火定時(shí)(正時(shí))或轉(zhuǎn)速表上。其在無刷直流電動(dòng)機(jī)的使用,用來檢測(cè)永磁鐵的位置。
霍爾傳感器廣泛應(yīng)用在變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、通信 電源、電焊機(jī)、電力機(jī)車、變電站、數(shù)控機(jī)床、電解電鍍、微機(jī)監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)等需要隔離檢測(cè)電流的設(shè)施中以及新興的太陽(yáng)能、風(fēng)能和地鐵軌道信號(hào)、汽車電子等領(lǐng)域。
霍爾傳感器的主要特性參數(shù)
前面介紹過了霍爾傳感器是一種根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的磁場(chǎng)傳感器,它的主要特性參數(shù)有以下幾類。
(1)輸入電阻R
霍爾傳感器元件兩激勵(lì)電流端的直流電阻稱為輸入電阻。它的數(shù)值從幾歐到兒百歐,視不同型號(hào)的元件而定。
溫度升高,輸入電阻變小,從而使輸入電流變大,最終引起霍爾傳感器電勢(shì)變化。為了減少這種影響,最好采用恒流源作為激勵(lì)源。
(2)輸出電阻R
兩個(gè)霍爾傳感器電勢(shì)輸出端之間的電阻稱為輸出電阻,它的數(shù)位與輸入電阻同一數(shù)量級(jí)。它也隨溫度改變順改變。選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)載電阻易與之匹配,可以使由溫度引起的程水電勢(shì)的漂移減至最小。
(3)最大激勵(lì)電流I---霍爾傳感器參數(shù)
由于霍爾傳感器電勢(shì)隨激勵(lì)電流的增大而增大,故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵(lì)電流1M但激勵(lì)電流增大,程爾元件的功耗增大,元件的溫皮升高,從而引起霍爾傳感器屯勢(shì)的溫漂增大,因此每種型號(hào)的幾件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵(lì)電流,它的數(shù)值從幾毫安至幾百毫安。
(4)靈敏度K
靈敏度KH=EH/IB,它的數(shù)值約為10MV(MA.T)左右。
(5)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM---霍爾傳感器參數(shù)
磁感應(yīng)強(qiáng)度超過BM時(shí),霍爾傳感器電勢(shì)的非線性誤差將明顯增大,特斯撿(T)成幾千高斯(Gs)(1Gs=104T)。
(6)個(gè)等位電勢(shì)
在額定激勵(lì)電流F,當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)它是由于4個(gè)屯極的幾何尺寸不對(duì)稱引起的誤差。
(7)霍爾傳感器屯勢(shì)溫度系數(shù)
6M的數(shù)值一般為零點(diǎn)刀霍爾傳感器輸出端之間的開路電壓稱為不等位電勢(shì),使用時(shí)多采用電橋法來補(bǔ)償不等位電勢(shì)引起日在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流的作用下,溫度每變化1攝氏度時(shí),霍爾傳感器電勢(shì)變化的百分?jǐn)?shù)弱為霍爾傳感器電勢(shì)溫度系數(shù),它與霍爾傳感器元件的材料有關(guān)。
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