霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用.本文简要介绍其工作原理, 产品特性及其典型应用.
霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀.
霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级).取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55℃~150℃.
按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件 和 霍尔开关器件 .前者输出模拟量,后者输出数字量.
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用.前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检测和控制.
一 霍尔器件的工作原理
在磁场作用下,通有电流的金属片上产生一横向电位差如图1所示:
这个电压和磁场及控制电流成正比:
VH＝K╳|H╳IC|
式中VH为霍尔电压,H为磁场,IC为控制电流,K为霍尔系数.
在半导体中霍尔效应比金属中显著,故一般霍尔器件是采用半导体材料制作的.
用霍尔器件,可以进行非接触式电流测量,众所周知,当电流通过一根长的直导线时,在导线周围产生磁场,磁场的大小与流过导线的电流成正比,这一磁场可以通过软磁材料来聚集,然后用霍尔器件进行检测,由于磁场与霍尔器件的输出有良好的线性关系,因此可利用霍尔器件测得的讯号大小,直接反应出电流的大小,即: I∞B∞VH
其中I为通过导线的电流,B为导线通电流后产生的磁场,VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压、当选用适当比例系数时,可以表示为等式.霍尔传感器就是根据这种工作原理制成的.
