霍爾傳感器應(yīng)用

1、霍爾傳感器的應(yīng)用班級：電子 131502 班 姓名：李泓 學(xué)號 :0213一、霍爾效應(yīng)、霍爾元件、霍爾傳感器（一）霍爾效應(yīng)：如圖 1所示，在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向 施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場， 則在垂直于電流和磁場的方向上， 將產(chǎn)生電勢 差為 UH的霍爾電壓，它們之間的關(guān)系為。圖中 d 為薄片的厚度， k 稱為霍爾系 數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。 上述效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)， 它是德國物理學(xué)家霍 爾于 1879 年研究載流導(dǎo)體在磁場中受力的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)的。（二）霍爾元件：根據(jù)霍爾效應(yīng)， 人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件。 它具有對磁場敏感、 結(jié)構(gòu) 簡單、體積小、頻率響應(yīng)

2、寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測 量、自動化、計算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。（三）霍爾傳感器：由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小， 故通常將霍爾元件與放大器電路、 溫度補 償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上， 稱之為霍爾傳感器。 霍爾傳感器也稱為霍爾集成電路，其外形較小，如圖2所示，是其中一種型號的外形圖。、霍爾傳感器的分類霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種（一）線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸 出模擬量。二）開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。三、霍爾傳感器的特性（一） 線

3、性型霍爾傳感器的特性：輸出電壓與外加磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如圖 3所示，在 B1 B2 的磁感 應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。（二）開關(guān)型霍爾傳感器的特性：如圖 4所示，其中 BOP為工作點“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度， BRP為釋放點“關(guān)” 的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動作點 Bop 時，傳感器輸出低電平， 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 降到動作點 Bop 以下時，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點 BRP時，傳 感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健?Bop 與 BRP之間的滯后使開關(guān)動作更為可靠。另外還有一種“鎖鍵型” （或稱“鎖存型”）開關(guān)型霍爾傳感器，其特性如 圖 5所示。

4、當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動作點 Bop 時，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)?低電平，而在外磁場撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反 向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到 BRP時，才能使電平產(chǎn)生變化。四、霍爾傳感器的應(yīng)用 按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為： 直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。 前者是直 接檢測受檢對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場， 這個磁場是被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量，例如速 度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變 成電學(xué)量來進(jìn)行檢測和控制。（一）線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測量。例如：1電流傳感器：由于通電螺線管

5、內(nèi)部存在磁場， 其大小與導(dǎo)線中的電流成正比， 故可以利用霍爾 傳感器測量出磁場， 從而確定導(dǎo)線中電流的大小。 利用這一原理可以設(shè)計制成霍 爾電流傳感器。 其優(yōu)點是不與被測電路發(fā)生電接觸， 不影響被測電路， 不消耗被 測電源的功率，特別適合于大電流傳感。霍爾電流傳感器工作原理如圖 6所示，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個缺口，將霍 爾傳感器插入缺口中， 圓環(huán)上繞有線圈， 當(dāng)電流通過線圈時產(chǎn)生磁場， 則霍爾傳 感器有信號輸出。2位移測量：如圖 7所示，兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將線性型霍爾傳感器置 于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個點可作為位移的零點，當(dāng)霍爾傳感器在 Z 軸上 作 Z位移時，傳感器有一個電壓輸出，

6、電壓大小與位移距離大小成正比。如果 把拉力、壓力等參數(shù)變成位移距離，便可測出拉力及壓力的大小，如圖8所示，是按這一原理制成的力矩傳感器。（二）開關(guān)型霍爾傳感器主要用于測轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開關(guān)、 關(guān)門告知器、報警器、自動控制電路等。1測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)：如圖 9所示，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在 靠近圓盤邊緣處， 圓盤旋轉(zhuǎn)一周， 霍爾傳感器就輸出一個脈沖， 從而可測出轉(zhuǎn)數(shù) （計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)速。 如果把開關(guān)型霍爾傳感器按 預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上， 當(dāng)裝在運動車輛上的永磁體經(jīng)過它時， 可以從 測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號的分布可以測出車輛的運

7、動速度。五、霍爾傳感器在燃?xì)鉄崴髦械膽?yīng)用（一）水流量傳感器水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來測量磁性物理量的傳感器。其主要由銅閥體、 水流轉(zhuǎn)子組件、 穩(wěn)流組件和霍爾傳感器組成。 裝在熱水器的進(jìn) 水端用于檢測進(jìn)水流量的大小及通斷。（二）工作原理1、在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時通上 5V 的直流電壓并使電流方向 與磁場方向正交。 當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時， 產(chǎn)生不同磁極的旋 轉(zhuǎn)磁場，切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生高低脈沖電平。2、霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比，根據(jù)水流量的大小啟動動燃?xì)鉄崴鳌=*q-3式中：f-脈沖信號頻率（Hz）水流

8、量傳感器3、在霍爾傳感器反饋信號給控制器后，可判斷出水流量的大小，并根據(jù)燃 氣熱水器的機(jī)型不同，選擇最佳的啟動流量，實現(xiàn)超低壓 （0 02MPa 以下 ）啟動 啟動。六、霍爾傳感器在洗衣機(jī)中的應(yīng)用一）應(yīng)用背景在工業(yè)領(lǐng)域，洗衣機(jī)的滾筒容量從 5 千克向 7 或 8 千克發(fā)展，然而這些大容 量滾筒卻仍然能夠安裝在標(biāo)準(zhǔn)寬為 60 厘米的標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)機(jī)殼內(nèi)，這就意味著滾 筒與機(jī)殼件的間隔更窄， 兩者間更易發(fā)生碰撞。 因此， 必須事先用該信號確定滾 筒對機(jī)殼的影響以及由此引起的反作用， 以測量滾筒相對于機(jī)殼的位置。 霍尼韋 爾公司的霍爾傳感器 SL353T可用于檢測洗衣機(jī)滾筒在三個維度中與機(jī)殼的相對 位置。二）新型的 3D 霍爾傳感器專用集成電路（ ASIC）整個測量系統(tǒng)包括：一固定在洗衣機(jī)滾筒上的磁體以及裝在機(jī)殼上的3 D霍爾傳感器。 霍爾傳感器測量磁場的方向及強(qiáng)度， 從而確定磁體在三個維度中同 時進(jìn)行的相對運動， 然后再將該信息傳輸?shù)窖b在洗衣機(jī)上的微控制器。 最后，該 微控制器再用此程序確定控制滾筒運動的方法?；魻杺鞲衅?/p>