霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理

2021/11/07 08:25 · 传感器知识资讯 ·  · 霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理已关闭评论
摘要:

霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理对霍尔传感器及其工作原理的初步认识霍尔元件是世界第三大传感器产品。它被广泛应用于工业、汽车、计算机、手机和新兴消费电子产品。未来几年,随着越来越多的汽车电子和工业设计企业迁往中国,霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%至30%的高增长率。同时,霍尔传

霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理

对霍尔传感器及其工作原理的初步认识
霍尔元件是世界第三大传感器产品。它被广泛应用于工业、汽车、计算机、手机和新兴消费电子产品。未来几年,随着越来越多的汽车电子和工业设计企业迁往中国,霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%至30%的高增长率。同时,霍尔传感器的相关技术仍在完善之中。可编程霍尔传感器、智能霍尔元件和微型霍尔传感器将具有良好的市场前景。
什么是霍尔传感器?
霍尔元件是根据霍尔效应制成的磁场传感器,广泛应用于工业自动化技术、检测技术和信息处理。
霍尔效应实验测得的霍尔系数可以用来判断半导体材料的导电类型、载流子浓度和载流子迁移率等重要参数。
由于霍尔元件产生的电位差很小,霍尔元件通常与放大电路、温度补偿电路和稳压电源电路集成在一个芯片上,称为霍尔元件。霍尔传感器也被称为霍尔集成电路,它的外观很小。
什么是霍尔效应?
霍尔效应是一种磁电效应,是霍尔在1879年研究金属导电机理时发现的。
后来,人们发现半导体和导电流体也有这种效应,半导体的霍尔效应比金属的强得多。当电流垂直于外部磁场通过导体时,载流子偏转,并且垂直于电流和磁场的方向产生附加电场,从而在导体的两端产生电势差。这种现象就是霍尔效应,也叫霍尔电位差。霍尔效应应该用左手法则来判断。
霍尔效应的本质是,当固体材料中的载流子在外部磁场中运动时,由于洛伦兹力,轨迹发生偏移,并且电荷在材料的两侧积累,形成垂直于电流方向的电场,这最终平衡了洛伦兹力和电场的排斥力,以在两侧建立稳定的电势差,即霍尔电压。
正交电场、电流强度和磁场强度的乘积之比是霍尔系数。平行电场与电流强度的比值是电阻率。大量研究表明,不仅带负电荷的电子,而且带正电荷的空穴也参与材料的导电过程。
举报/反馈霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理  第1张

霍尔传感器工作原理:霍尔传感器的工作原理

目录
1.霍尔效应2.霍尔原理3.工作原理
  霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品,在日常生活中,每天在与其打交道;例如,在电脑键盘上,实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的;或者,在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。由于霍尔传感器是根据霍尔效应制成的,那么下面先从霍尔效应介绍:
  1.霍尔效应
图1 霍尔效应
  霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附国的横向电场。对于图1所示的半导体试样,若在X方向通以电流IS,在Z方向加磁场B,则在Y方向即试样A,A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决定于试样的电类型。显然,该电场是阻止载流子继续向侧面偏移,当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力相等时,样品两侧电荷的积累就达到平衡,故有
  其中EH为霍尔电场,V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b,厚度为d,载流子浓度为n,则:
  由(1)、(2)两式可得:
  即霍尔电压VH(A、A′电极之间的电压)与ISB乘积正比与试样厚度d成反比。比例系数称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,只要测出 VH(伏)以及知道IS以及知道IS(安)、B(高斯)和d(厘
米)可按下式计算RH(厘米3/库仑)。
  2.霍尔原理
  由霍尔效应的原理知,霍尔电势的大小取决于: UH=Rh×IC×B/d
  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,当偏置电流Ic固定时,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。
  在半导体薄片两端通以控制电流I,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上,将产生电势差为UH的霍尔电压。
  3.工作原理
  磁场中有一个霍尔半导体片,恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下,I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移,使该片在CD方向上产生电位差,这就是所谓的霍尔电压。
  霍尔电压随磁场强度的变化而变化,磁场越强,电压越高,磁场越弱,电压越低。霍尔电压值很小,通常只有几个毫伏,但经集成电路中的放大器放大,就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用,需要用机械的方法来改变磁场强度。用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关,当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时,磁场偏离集成片,霍尔电压消失。这样,霍尔集成电路的输出电压的变化,就能表示出叶轮驱动轴的某一位置,利用这一工作原理,可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器,它要有外加电源才能工作,这一特点使它能检测转速低的运转情况。
霍尔传感器
  以上就是霍尔传感器的工作原理介绍了。目前霍尔传感器被广泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。与此同时,其的相关技术仍在不断完善中,可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。

霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理  第2张

霍尔传感器工作原理:霍尔传感器的工作原理_1

文章目录
1 霍尔效应2 霍尔传感器2.1 单极性霍尔2.2 双极性霍尔2.3 全极性霍尔
3 磁编码器4 总结

1 霍尔效应
霍尔效应是美国物理学家 Edwin Hall 于1879年发现;由于导体中电流的性质,电流是由电子的定向移动所形成的,并且电子移动的方向和电流方向相反;
通常,电子脱离之后的导体便留下了空穴,表现为正电压;
如果导体周围存在足够强的磁场,这时候电荷会受到一种称为洛伦兹力的力,电荷移动的路径便会发现偏移,因此,偏移的电荷会积累到导体的同一面上,而另一面留下空穴,这样导体之间便产生了电势差;

2 霍尔传感器
霍尔效应产生的电势差非常小,往往只有几微伏,因此霍尔传感器中往往内置了非常高增益的运算放大器,根据整体需求还会配合其他一些系统电路,整体架构如下所示;

通常霍尔传感器最终输出的信号有模拟信号和数字信号两种;

输出数字信号:一般在运算放大器后级增加一个施密特触发器,则输出信号为数字信号,通常为系统提供相应的迟滞和开关阈量,类似的如开关型霍尔元器件;输出模拟信号:线性霍尔传感器的输出量是模拟信号,配合进行采样,可以用于检测物体的位移;

开关型霍尔根据输入信号和输出关系的不同可以分为:单极性霍尔,双极性霍尔,全极性霍尔;

2.1 单极性霍尔
单极性霍尔的开关特性通常是磁场的磁极和传感器的正反面要一一对应,否则可能会没有输出,具体如下表所示;

条件输出磁场极靠近正面磁场极靠近正面磁场极靠近反面磁场极靠近反面
2.2 双极性霍尔
相较于单极性霍尔,双极性霍尔传感器可以锁存输出电平的状态,直到下一个输入到来,才会改变输出状态,广泛的应用与直流无刷电机,计数,定位等系统中;

条件输出磁场极靠近正面磁场极靠近正面
2.3 全极性霍尔
全极性霍尔开关会在磁场极靠近正面时输出低电平,极靠近正面,输出高电平;

条件输出磁场极靠近正面磁场极靠近正面
3 磁编码器
磁编码器内部就集成了元件,在正面存在旋转磁场的时候,就可以输出相应的信号,这样就可以实现非接触式得测量转速,位置信号,因此在工作环境严酷的情况下,该应用场景就非常理想;具体检测方式如下图所示;

工业应用:

非接触式旋转位置检测;机器人技术;无刷直流电动机换向;电动工具;
汽车应用:

方向盘位置检测;油门位置检测;传动变速箱编码器;头灯位置控制;电动座椅位置指示器;
办公设备:

打印机、扫描仪、复印机;取代光学编码器;前面板旋转开关;取代电位器;
这里简单介绍一下,其具体的应用方式会因为的不同而有所差异,但是这些也都是基于传感器的基础上进行展开,所以这里这是概念性的介绍;

4 总结
霍尔传感器的应用非常广泛,本文只是结合作者的实际使用情况进行简单地进行介绍,因为作者能力有限,难免存在错误或纰漏,请各位不吝赐教;
霍尔传感器工作原理:初步了解霍尔传感器及其工作原理  第3张

霍尔传感器工作原理:霍尔传感器的工作原理是什么?

霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现,它定义了磁场和感应电压之间的关系,这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候,磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力,从而在导体的两端产生电压差。
霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器。实际设计的霍尔传感器往往通过运算放大器等电路,将微弱的电压信号放大为标准电压或电流信号。
上述原理制作而成的霍尔电流传感器,被称为【开环式霍尔电流传感器】。
后人为了提高传感器性能,又稍作了改造,就是利用一个补偿绕组产生磁场,通过闭环控制,使其与被测电流产生的磁场大小相等,方向相反,达到互相抵消的效果,此时,补偿绕组中的电流正比与被测电流的大小,这种传感器,被称为【闭环式或磁平衡式霍尔电流传感器】。

霍尔传感器的工作原理是:
磁场中有一个霍尔半导体片,恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下,I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移,使该片在CD方向上产生电位差,这就是所谓的霍尔电压。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化,磁场越强,电压越高,磁场越弱,电压越低,霍尔电压值很小,通常只有几个毫伏,但经集成电路中的放大器放大,就能使该电压放大到足以输出较强的信号。
若使霍尔集成电路起传感作用,需要用机械的方法来改变磁感应强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关,当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时,磁场偏离集成片,霍尔电压消失。
这样,霍尔集成电路的输出电压的变化,就能表示出叶轮驱动轴的某一位置,利用这一工作原理,可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器,它要有外加电源才能工作,这一特点使它能检测转速低的运转情况。
霍尔效应传感器:
1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855-1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
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;I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,当偏置电流 I 固定时,UH将完全取决于被测的磁场强度B。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,它是电压随磁场强度的变化而变化,磁场越强,电压越高,磁场越弱,电压越低,我们公司的磁铁是在宁波尼兰德磁业公司购买的

霍尔传感器是由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成,霍尔式转速传感器的各种不同结构如图 1-48 所示。将磁性转盘的输入轴与被测转轴相连,当被测转轴转动时,磁性转盘便随之转动,固定在磁性转盘附近的霍尔开关集成传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲,检测出单位时间的脉冲数,便可知道被测对象的转速。磁性转盘上的小磁铁数目的多少,将决定传感器的分辨率。

您可能感兴趣的文章

本文地址:https://www.ceomba.cn/2761.html
文章标签: ,  
版权声明:本文为原创文章,版权归 ceomba 所有,欢迎分享本文,转载请保留出处!

文件下载

老薛主机终身7折优惠码boke112

上一篇:
下一篇:

评论已关闭!