磁敏式傳感器

1、第第 6 章章 磁敏式傳感器磁敏式傳感器6.1 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器16.2 6.2 霍爾式傳感器霍爾式傳感器6.3 6.3 磁敏電阻器磁敏電阻器36.4 6.4 磁敏式傳感器的應(yīng)用磁敏式傳感器的應(yīng)用42 磁敏式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量（如磁敏式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁敏式傳感器種類不同，其原理也不完感器。磁敏式傳感器種類不同，其原理也不完全相同，因此各有各的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。全相同，因此各有各的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。 概述 磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)磁電感應(yīng)式傳感器也

2、稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把的，它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。是有源傳感器。由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的工由于它輸出功率大且性能穩(wěn)定，具有一定的工作帶寬（作帶寬（10101000 Hz1000 Hz），所以得到普遍的應(yīng)用。），所以得到普遍的應(yīng)用。 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器 6.1.1 6.1.1 磁電感應(yīng)式傳感器工作原理磁電感應(yīng)式傳感器工作原理根據(jù)電磁感

3、應(yīng)定律，當(dāng)根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)w w匝線圈在恒定磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)匝線圈在恒定磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為時(shí)，設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)E E與磁通變化率與磁通變化率d/dtd/dt有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 根據(jù)這一原理，可以設(shè)計(jì)成兩種磁電傳感器結(jié)構(gòu)：根據(jù)這一原理，可以設(shè)計(jì)成兩種磁電傳感器結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式。變磁通式和恒磁通式。圖圖6-16-1是變磁通式磁電傳感器，用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體是變磁通式磁電傳感器，用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。的角速度。(6 1)dEwdt 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器6.1 磁電感應(yīng)式傳感器圖圖6-16-1（a a）為開(kāi)磁路變磁通式：）為開(kāi)磁路

4、變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒線圈、磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨之輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，齒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次，的凹凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其變化頻率等于磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其變化頻率等于被測(cè)轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但被測(cè)轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高輸出信號(hào)較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器 圖圖6-16-1（b b）

5、為閉磁路）為閉磁路變磁通式，它由裝在變磁通式，它由裝在轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和外轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁鐵和感齒輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成，內(nèi)外齒應(yīng)線圈組成，內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。當(dāng)轉(zhuǎn)軸輪齒數(shù)相同。當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上時(shí)，連接到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上時(shí)，外齒輪不動(dòng)，內(nèi)齒輪隨被測(cè)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)、外齒輪的相外齒輪不動(dòng)，內(nèi)齒輪隨被測(cè)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)、外齒輪的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化，從而引起磁路中磁通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感生電動(dòng)勢(shì)。顯通的變化，使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感生電動(dòng)勢(shì)。顯然，感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。然，感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。圖

6、圖6-2 6-2 恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)原理圖恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)原理圖圖圖6-2 6-2 恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)原理圖恒磁通式磁電傳感器結(jié)構(gòu)原理圖6.1.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，磁路中的工作氣磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，磁路中的工作氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈簧較軟，當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈簧較軟，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大。當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高（遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大。當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高（遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率）時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件慣性很大，大于傳感器固有頻率）時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件慣性很大

7、，來(lái)不及隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，近乎靜止不動(dòng)。來(lái)不及隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，近乎靜止不動(dòng)。6.1.1 磁電感應(yīng)式傳感器 振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度，磁鐵與線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度，磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)為圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)為: : 式中：式中： B0 B0工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度； L L每匝線圈平均長(zhǎng)度；每匝線圈平均長(zhǎng)度； w w線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)；線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)； v v相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。0(62)EwB

8、 Lv 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器6.1.2 6.1.2 磁電感應(yīng)式傳感器基本特性磁電感應(yīng)式傳感器基本特性當(dāng)測(cè)量電路接入磁電傳感器電路中，磁電傳感器的當(dāng)測(cè)量電路接入磁電傳感器電路中，磁電傳感器的輸出電流輸出電流I I為為: : （6-36-3）式中：式中： R Rf f測(cè)量電路輸入電阻；測(cè)量電路輸入電阻； R R 線圈等效電阻。線圈等效電阻。傳感器的電流靈敏度為傳感器的電流靈敏度為: :00ffB LwvEIRRRR00(64)IfIB LwSvRR6.1 磁電感應(yīng)式傳感器而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為: : 當(dāng)傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場(chǎng)干擾

9、、當(dāng)傳感器的工作溫度發(fā)生變化或受到外界磁場(chǎng)干擾、 機(jī)械振動(dòng)或沖擊時(shí)，其靈敏度將發(fā)生變化而產(chǎn)生測(cè)機(jī)械振動(dòng)或沖擊時(shí)，其靈敏度將發(fā)生變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差。相對(duì)誤差為量誤差。相對(duì)誤差為 磁電式傳磁電式傳感器在使用時(shí)存在誤差，主要為感器在使用時(shí)存在誤差，主要為非線性誤差和溫度非線性誤差和溫度誤差。誤差。000(65)fffB LwvRUI RRR00(66)fUfB Lw RUSvRR(67)IIdsdBdLdRsBLR6.1 磁電感應(yīng)式傳感器圖圖6-3 6-3 傳感器電流的磁場(chǎng)效應(yīng)傳感器電流的磁場(chǎng)效應(yīng)1) 1) 非線性誤差非線性誤差 :磁電式傳感器產(chǎn)生非線性誤差的主磁電式傳感器產(chǎn)生非線性誤差的主要原因是

10、：由于傳感器線圈內(nèi)有電流要原因是：由于傳感器線圈內(nèi)有電流I I流過(guò)時(shí)，將流過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生一定的交變磁通產(chǎn)生一定的交變磁通I I，此交變磁通疊加在永久，此交變磁通疊加在永久磁鐵所產(chǎn)生的工作磁通上，使恒定的氣隙磁通變磁鐵所產(chǎn)生的工作磁通上，使恒定的氣隙磁通變化如圖化如圖6-36-3所示。所示。 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器 為了補(bǔ)償附加磁場(chǎng)的干擾，可在傳感器中加入為了補(bǔ)償附加磁場(chǎng)的干擾，可在傳感器中加入補(bǔ)償線圈補(bǔ)償線圈。補(bǔ)償線圈中通以經(jīng)過(guò)。補(bǔ)償線圈中通以經(jīng)過(guò)K K倍的放大電倍的放大電流，適當(dāng)選擇補(bǔ)償線圈參數(shù)，使其產(chǎn)生的交變流，適當(dāng)選擇補(bǔ)償線圈參數(shù)，使其產(chǎn)生的交變磁通與傳感器線圈本身產(chǎn)生的交變磁通相互抵磁

11、通與傳感器線圈本身產(chǎn)生的交變磁通相互抵銷。銷。2 2）溫度誤差溫度誤差 當(dāng)當(dāng)溫度變化時(shí)，式（溫度變化時(shí)，式（6-7）中右邊三項(xiàng)）中右邊三項(xiàng)都不為零，對(duì)銅線而言每攝氏度變化量為都不為零，對(duì)銅線而言每攝氏度變化量為dL/L0.16710-4，dR/R0.4310-2，dB/B每攝氏每攝氏度的變化量取決于永久磁鐵的磁性材料。對(duì)鋁鎳鈷永度的變化量取決于永久磁鐵的磁性材料。對(duì)鋁鎳鈷永久磁合金，久磁合金，dB/B-0.0210-2，這樣由式（，這樣由式（6-7）可得）可得近似值近似值： 這一數(shù)值是很可觀的，所以需要進(jìn)行這一數(shù)值是很可觀的，所以需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償通常采用熱磁分流器。熱磁分流器由具

12、有很大負(fù)補(bǔ)償通常采用熱磁分流器。熱磁分流器由具有很大負(fù)溫度系數(shù)的特殊磁性材料做成。它在正常工作溫度下溫度系數(shù)的特殊磁性材料做成。它在正常工作溫度下已將空氣隙磁通分路掉一小部分。已將空氣隙磁通分路掉一小部分。 6.1 磁電感應(yīng)式傳感器4.5% 10tC 磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且傳感器通磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且傳感器通常具有較高的靈敏度，不需要高增益放大器。但磁常具有較高的靈敏度，不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測(cè)位移或加電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測(cè)位移或加速度信號(hào)，則需要配用積分或微分電路。圖速度信號(hào)，則需要配用積分或微分電路。圖6-46-4

13、為一為一般測(cè)量電路方框圖。般測(cè)量電路方框圖。圖圖6-4 6-4 磁電感應(yīng)式傳感器測(cè)量電路方框圖磁電感應(yīng)式傳感器測(cè)量電路方框圖6.1 磁電感應(yīng)式傳感器6.1.3 6.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器測(cè)量電路磁電感應(yīng)式傳感器測(cè)量電路 霍爾傳感器為載流半導(dǎo)體在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)霍爾傳感器為載流半導(dǎo)體在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器。（霍爾效應(yīng)）而輸出電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始用半導(dǎo)體材料制成隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。發(fā)展?；魻杺鞲衅鲝V泛用于電磁測(cè)量電流、磁場(chǎng)、壓

14、力、霍爾傳感器廣泛用于電磁測(cè)量電流、磁場(chǎng)、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。 6.2 霍爾傳感器6.2.1 6.2.1 霍爾效應(yīng)及霍爾元件霍爾效應(yīng)及霍爾元件1 1）霍爾效應(yīng)）霍爾效應(yīng) 置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)，半導(dǎo)體薄片稱霍爾元件。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)，半導(dǎo)體薄片稱霍爾元件。圖圖6-56-5所示，在垂直于外磁場(chǎng)所示

15、，在垂直于外磁場(chǎng)B B的方向上放置一個(gè)導(dǎo)電板，的方向上放置一個(gè)導(dǎo)電板，導(dǎo)電板通以電流導(dǎo)電板通以電流I I，方向如圖所示。，方向如圖所示?；魻栃?yīng)原理圖霍爾效應(yīng)原理圖6.2 霍爾傳感器c cd da ab b霍爾效應(yīng)UHbldIFLFEvB導(dǎo)電板中的電流是金屬中自由電子在電場(chǎng)作用下的導(dǎo)電板中的電流是金屬中自由電子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，每個(gè)電子受洛侖磁力定向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，每個(gè)電子受洛侖磁力FmFm的作用，的作用，F(xiàn)mFm的大小為：的大小為：式中：式中： e e- -電子電荷；電子電荷；v v- -電子運(yùn)動(dòng)平均速度；電子運(yùn)動(dòng)平均速度； B B- -磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 FmFm

16、的方向在圖的方向在圖6-56-5中是向上的，此時(shí)電子除了沿電中是向上的，此時(shí)電子除了沿電流反方向作定向運(yùn)動(dòng)外，還在流反方向作定向運(yùn)動(dòng)外，還在FmFm的作用下向上漂的作用下向上漂移，結(jié)果使金屬導(dǎo)電板上底面積累電子，而下移，結(jié)果使金屬導(dǎo)電板上底面積累電子，而下mFevB 6.2 霍爾傳感器 底面積累正電荷，從而形成了附加內(nèi)電場(chǎng)底面積累正電荷，從而形成了附加內(nèi)電場(chǎng)E EH H，稱霍，稱霍爾電場(chǎng)，該電場(chǎng)強(qiáng)度為爾電場(chǎng)，該電場(chǎng)強(qiáng)度為: : 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 則則 此時(shí)電荷不再向兩底面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)電荷不再向兩底面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。 (610)HHUEb(6 11)HeEevB (6 12)HEvB

17、(6 13)HUbvB6.2 霍爾傳感器 若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為n n，電子定向，電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度為運(yùn)動(dòng)平均速度為v v，則激勵(lì)電流，則激勵(lì)電流I=nvbdI=nvbd（-e -e），則，則: : （6-146-14） 將式（將式（6-146-14）代入式（）代入式（6-126-12）得）得: : （6-156-15） 將上式代入式（將上式代入式（6-106-10）得）得: : （6-166-16） Ivbdne HIBEbdne HIBUned 6.2 霍爾傳感器式中令式中令R RH H=-1/=-1/（nene），稱之為霍爾常數(shù)，其大，稱之為霍爾常

18、數(shù)，其大小取決于導(dǎo)體載流子密度，則小取決于導(dǎo)體載流子密度，則: :式中式中: :K KH H=R=RH H/d/d稱為霍爾片的靈敏度。稱為霍爾片的靈敏度。由式（由式（6-176-17）可見(jiàn)，霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流）可見(jiàn)，霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾常數(shù)及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾常數(shù)R RH H成正比成正比而與霍爾片厚度而與霍爾片厚度d d成反比。為了提高靈敏度，成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。霍爾元件常制成薄片形狀。HHHIBURK IBd6.2 霍爾傳感器（6-176-17）(6 18)HHIBBIURpedd上述推導(dǎo)是針對(duì)上述推導(dǎo)是針對(duì)N N型半導(dǎo)體

19、，對(duì)于型半導(dǎo)體，對(duì)于P P型半導(dǎo)體，則型半導(dǎo)體，則: : 式中：式中：對(duì)霍爾片材料的要求，希望有較大的霍爾常數(shù)對(duì)霍爾片材料的要求，希望有較大的霍爾常數(shù)R RH H，霍爾元件激勵(lì)極間電阻霍爾元件激勵(lì)極間電阻 ，同時(shí)，同時(shí)，其中其中U UI I為加在霍爾元件兩端的激勵(lì)電壓，為加在霍爾元件兩端的激勵(lì)電壓，E EI I為霍爾元為霍爾元件激勵(lì)極間內(nèi)電場(chǎng)，件激勵(lì)極間內(nèi)電場(chǎng)，v v為電子移動(dòng)的平均速度。為電子移動(dòng)的平均速度。6.2 霍爾傳感器1(6 19)HRpeLRb dIIUE LvLRIIunevbd則則: :解得解得 : : (620)LLbdnebd (621)HR6.2 霍爾傳感器從式（從式（6

20、-216-21）可知，霍爾常數(shù)等于霍爾片材料）可知，霍爾常數(shù)等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率的電阻率與電子遷移率 的乘積。若要霍爾效應(yīng)的乘積。若要霍爾效應(yīng)強(qiáng)，即霍爾電勢(shì)大，則強(qiáng)，即霍爾電勢(shì)大，則R RH H值大，因此要求霍爾片值大，因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。此外，材料有較大的電阻率和載流子遷移率。此外， 霍爾電勢(shì)的大小還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)?；魻栯妱?shì)的大小還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)。一般要求霍爾元件靈敏度越大越好，霍爾元件的一般要求霍爾元件靈敏度越大越好，霍爾元件的厚度厚度d d與與K KH H成反比，因此，霍爾元件的厚度越小，成反比，因此，霍爾元件的厚度越小，其靈

21、敏度越高。當(dāng)霍爾元件的寬度其靈敏度越高。當(dāng)霍爾元件的寬度b b加大，或加大，或 減小時(shí)，載流子在偏轉(zhuǎn)過(guò)程中的損失將加大，使減小時(shí)，載流子在偏轉(zhuǎn)過(guò)程中的損失將加大，使U UH H下降。通常要對(duì)式（下降。通常要對(duì)式（6-176-17）加以形狀效應(yīng)修正：）加以形狀效應(yīng)修正： 6.2 霍爾傳感器( )(623)HHLUK IBfbLb式中，式中， 為形狀效應(yīng)系數(shù)，其修正值如表為形狀效應(yīng)系數(shù)，其修正值如表6-16-1所示。所示。( )Lfb6.2 霍爾傳感器L b()Lfb0.51.01.52.02.53.04.00.3700.6750.8410.9230.9670.9840.996表表6-1 6-1

22、形狀效應(yīng)系數(shù)形狀效應(yīng)系數(shù) 一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很??；而絕緣一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很??；而絕緣材料電阻率極高，但載流子遷移率極低。故材料電阻率極高，但載流子遷移率極低。故只有半導(dǎo)體材只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片料適于制造霍爾片。目前常用的霍爾元件材料有：。目前常用的霍爾元件材料有：鍺、鍺、 硅、砷化銦、硅、砷化銦、 銻化銦銻化銦等半導(dǎo)體材料。其中等半導(dǎo)體材料。其中N N型鍺容易加工型鍺容易加工制造，其霍爾系數(shù)、溫度性能和線性度都較好。制造，其霍爾系數(shù)、溫度性能和線性度都較好。N N型硅的型硅的線性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能同線性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能同N

23、 N型鍺相近。銻化型鍺相近。銻化銦對(duì)溫度最敏感，尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，但在室銦對(duì)溫度最敏感，尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，但在室溫時(shí)其霍爾系數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)溫時(shí)其霍爾系數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線性度好。書(shū)中表也較小，輸出特性線性度好。書(shū)中表6-2 6-2 為常用國(guó)產(chǎn)霍爾為常用國(guó)產(chǎn)霍爾元件的技術(shù)參數(shù)。元件的技術(shù)參數(shù)。6.2 霍爾傳感器 霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn) 單，它由霍爾片、引單，它由霍爾片、引線和殼體組成，如圖線和殼體組成，如圖 6-66-6（a a）所示?；魻柶┧?。霍爾片 是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個(gè)引線。是一塊

24、矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個(gè)引線。1 1、11兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱為激勵(lì)電極；兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱為激勵(lì)電極；2 2、22引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極。霍爾元件殼體引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極?；魻栐んw由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成。在電路中由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成。在電路中霍爾元件可用兩種符號(hào)表示，如圖霍爾元件可用兩種符號(hào)表示，如圖6-66-6（b b）所示。）所示。 6.2 霍爾傳感器2 2）霍爾元件基本結(jié)構(gòu)）霍爾元件基本結(jié)構(gòu)3 3）霍爾元件基本特性）霍爾元件基本特性額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流輸入電阻和輸出電阻

25、輸入電阻和輸出電阻 不等位電勢(shì)和不等位電阻不等位電勢(shì)和不等位電阻 寄生直流電勢(shì)寄生直流電勢(shì) 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù) 6.2 霍爾傳感器圖圖6-7 6-7 不等位電阻不等位電阻 霍爾元件在環(huán)境溫度T=25時(shí)，允許通過(guò)霍爾元件的電流I和電壓E的乘積，分最小、典型、最大三檔，單位為mW。當(dāng)供給霍爾元件的電壓確定后，根據(jù)額定功耗可以知道額定控制電流I，因此有些產(chǎn)品提供控制電流，則不給出額定功耗P0。 霍爾元件兩控制電流端的直流電阻稱為輸入電阻Ri 。它的數(shù)值從幾十歐到幾百歐，視不同型號(hào)的元件而定。溫度升高，輸入電阻變小，從而使輸入控制電流I變大，最終引起霍爾電動(dòng)勢(shì)變大。為了減小這種影響，最好

26、采用恒流源作為激勵(lì)源。3 3）霍爾元件基本特性）霍爾元件基本特性 兩個(gè)霍爾電勢(shì)輸出端之間的電阻稱為輸出電阻R0，它的數(shù)值與輸入電阻為同一數(shù)量級(jí)。它也隨溫度改變而改變。選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)載電阻RL與之匹配，可以使由溫度引起的霍爾電動(dòng)勢(shì)的漂移減至最小。 在額定控制電流下，當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，霍爾元件輸出端之間的開(kāi)路電壓稱為不等位電動(dòng)勢(shì)U0，它是由霍爾電極2和之間的電阻決定的， r 0稱不等位電阻 。 5.寄生直流電勢(shì) 當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)直流電勢(shì)?？刂齐姌O和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差

27、電勢(shì)。 在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和控制電流的作用下，溫度每變化1時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)變化的百分?jǐn)?shù)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)，它與霍爾元件的材料有關(guān)，一般約為0.1%，在要求較高的場(chǎng)合下，應(yīng)選擇低溫漂的霍爾元件。 由于霍爾電勢(shì)隨控制電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的控制電流。但控制電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢(shì)的溫漂增大，因此每種型號(hào)的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大控制電流Im，它的數(shù)值從幾毫安至幾十毫安。6.2.2 6.2.2 霍爾傳感器的基本電路霍爾傳感器的基本電路1 1）簡(jiǎn)單的恒電壓工作電路）簡(jiǎn)單的恒電壓工作電路 恒電壓工作電路恒電壓工作電路 如圖如圖6-86-8所示，是所示，是

28、 一種非常簡(jiǎn)單的一種非常簡(jiǎn)單的 施加控制電流的施加控制電流的 方法。恒電壓工方法。恒電壓工 作電路比較適合于精度要求不是很高的數(shù)字方面作電路比較適合于精度要求不是很高的數(shù)字方面的應(yīng)用，例如錄像機(jī)的電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)等。的應(yīng)用，例如錄像機(jī)的電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)等。6.2 霍爾傳感器 霍爾效應(yīng)傳感器的恒電流霍爾效應(yīng)傳感器的恒電流 工作電路適于高精度測(cè)工作電路適于高精度測(cè) 量，可以充分發(fā)揮霍爾效量，可以充分發(fā)揮霍爾效 應(yīng)傳感器的性能。應(yīng)傳感器的性能。在恒電在恒電 流工作時(shí)輸出特性不受輸流工作時(shí)輸出特性不受輸 入電阻溫度系數(shù)以及磁阻效應(yīng)的影響入電阻溫度系數(shù)以及磁阻效應(yīng)的影響。當(dāng)然，與恒。當(dāng)然，與恒電壓工作電路相

29、比，某些電路會(huì)變得復(fù)雜，不過(guò)這電壓工作電路相比，某些電路會(huì)變得復(fù)雜，不過(guò)這個(gè)問(wèn)題不那么嚴(yán)重。霍爾效應(yīng)傳感器的恒電流工作個(gè)問(wèn)題不那么嚴(yán)重。霍爾效應(yīng)傳感器的恒電流工作電路如圖電路如圖6-96-9所示。所示。6.2 霍爾傳感器2 2）簡(jiǎn)單的恒電流工作電路）簡(jiǎn)單的恒電流工作電路 6.2 霍爾傳感器圖圖6-10 a 6-10 a 一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大器一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大器3 3）霍爾效應(yīng)傳感器放大電路基本的差動(dòng)放大電路）霍爾效應(yīng)傳感器放大電路基本的差動(dòng)放大電路霍爾效應(yīng)傳感器的輸出電壓通常只有數(shù)毫伏至數(shù)霍爾效應(yīng)傳感器的輸出電壓通常只有數(shù)毫伏至數(shù) 百百 毫伏，因而需要有放大電路?；魻栃?yīng)傳

30、感器是一種毫伏，因而需要有放大電路?；魻栃?yīng)傳感器是一種4 4端器件，為了消除非磁場(chǎng)因素引入的同向電壓的影響，端器件，為了消除非磁場(chǎng)因素引入的同向電壓的影響，必須構(gòu)成差動(dòng)放大器，如圖必須構(gòu)成差動(dòng)放大器，如圖6-106-10。圖圖6-10 b 36-10 b 3個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大器個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大器6.2 霍爾傳感器 在圖在圖6-106-10的電路中，既可以使用霍爾效應(yīng)傳的電路中，既可以使用霍爾效應(yīng)傳感器的交流電壓輸出，也可以使用它的直流輸感器的交流電壓輸出，也可以使用它的直流輸出，則可以構(gòu)成如圖出，則可以構(gòu)成如圖6-116-11所示的電路，使用了所示的電路，使用了隔直流電容器

31、。隔直流電容器。6.2 霍爾傳感器I Ig g：電容器的漏：電容器的漏電流（直流成分）電流（直流成分）圖圖6-11 a 6-11 a 電容器漏電流的影響電容器漏電流的影響6.2 霍爾傳感器圖圖6-11 b 36-11 b 3個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大（個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大（1 1）6.2 霍爾傳感器圖圖6-11 c 36-11 c 3個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大（個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大（2 2）6.2.3 6.2.3 霍爾元件的補(bǔ)償電路霍爾元件的補(bǔ)償電路1 1）霍爾元件不等位電勢(shì)補(bǔ)償）霍爾元件不等位電勢(shì)補(bǔ)償 不等位電勢(shì)與霍爾電勢(shì)具有相同的數(shù)量級(jí)，有時(shí)甚至超過(guò)霍不等位電勢(shì)與霍爾電勢(shì)具有相

32、同的數(shù)量級(jí)，有時(shí)甚至超過(guò)霍爾電勢(shì)，因而必須采用補(bǔ)償?shù)姆椒?。如圖爾電勢(shì)，因而必須采用補(bǔ)償?shù)姆椒?。如圖 6-12 6-12 所示所示 。6.2 霍爾傳感器圖圖6-126-12不等位電勢(shì)補(bǔ)償電路不等位電勢(shì)補(bǔ)償電路 其中其中A A、B B為激勵(lì)電極，為激勵(lì)電極，C C、D D為霍爾電極，為霍爾電極，極分布電阻分別用極分布電阻分別用R1R1、 R2R2、 R3R3、 R4R4表示。理表示。理想情況下，想情況下，R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4，即可取得零位電，即可取得零位電勢(shì)為零（或零位電阻為零）。實(shí)際上，由于不勢(shì)為零（或零位電阻為零）。實(shí)際上，由于不等位電阻的存在，說(shuō)明此四個(gè)電阻值不相等，

33、等位電阻的存在，說(shuō)明此四個(gè)電阻值不相等，可將其視為電橋的四個(gè)橋臂，則電橋不平衡。可將其視為電橋的四個(gè)橋臂，則電橋不平衡。為使其達(dá)到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)為使其達(dá)到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)電阻（如圖電阻（如圖6-126-12（a a）所示），或在兩個(gè)橋臂上）所示），或在兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻（如圖同時(shí)并聯(lián)電阻（如圖6-126-12（b b）所示）。）所示）。6.2 霍爾傳感器2 2）霍爾元件溫度補(bǔ)償）霍爾元件溫度補(bǔ)償霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的，因此它們的許多參霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的，因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。為了減小霍爾元件的溫度誤

34、差，除選用溫度系數(shù)小的元為了減小霍爾元件的溫度誤差，除選用溫度系數(shù)小的元件或采用恒溫措施外，由件或采用恒溫措施外，由U UH H= =K KH HIB IB 可看出：采用恒流源可看出：采用恒流源供電是個(gè)有效措施，可以使霍爾電勢(shì)穩(wěn)定。但也只能減供電是個(gè)有效措施，可以使霍爾電勢(shì)穩(wěn)定。但也只能減小由于輸入電阻隨溫度變化而引起的激勵(lì)電流小由于輸入電阻隨溫度變化而引起的激勵(lì)電流I I變化所變化所帶來(lái)的影響。霍爾元件的靈敏系數(shù)帶來(lái)的影響。霍爾元件的靈敏系數(shù)K KH H也是溫度的函數(shù)，也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢(shì)的變化?；魻栐撵`敏它隨溫度的變化引起霍爾電勢(shì)的變化。霍爾元件的靈敏度系數(shù)與溫度

35、的關(guān)系可寫(xiě)成：度系數(shù)與溫度的關(guān)系可寫(xiě)成： （6-236-23）1HHOKKT 6.2 霍爾傳感器式中：式中： K KHO-HO-溫度溫度T0T0時(shí)的時(shí)的K KH H值；值；T=T-T0-T=T-T0-溫度變化量；溫度變化量； - -霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)?；魻栯妱?shì)溫度系數(shù)。并且大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)并且大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù) 是正值，它們的霍是正值，它們的霍爾電勢(shì)隨溫度升高而增加（爾電勢(shì)隨溫度升高而增加（1+T1+T）倍。如果，與）倍。如果，與此同時(shí)讓激勵(lì)電流此同時(shí)讓激勵(lì)電流I I相應(yīng)地減小，并能保持相應(yīng)地減小，并能保持K KHIHI乘積乘積不變，也就抵消了靈敏系數(shù)不變，也就抵消了靈敏系數(shù)K K

36、H H增加的影響。圖增加的影響。圖6-136-13就是按此思路設(shè)計(jì)的一個(gè)既簡(jiǎn)單、就是按此思路設(shè)計(jì)的一個(gè)既簡(jiǎn)單、 補(bǔ)償效果又較好補(bǔ)償效果又較好的補(bǔ)償電路。電路中用一個(gè)分流電阻的補(bǔ)償電路。電路中用一個(gè)分流電阻R Rp p與霍爾元件與霍爾元件的激勵(lì)電極相并聯(lián)從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。的激?lì)電極相并聯(lián)從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?6.2 霍爾傳感器圖圖6-13 6-13 恒流源溫度補(bǔ)償電路恒流源溫度補(bǔ)償電路 在圖在圖6-136-13所示的溫度補(bǔ)償電路中，設(shè)初始溫度為所示的溫度補(bǔ)償電路中，設(shè)初始溫度為T(mén) T0 0，霍爾元件輸入電阻為霍爾元件輸入電阻為R Ri0 i0，靈敏系數(shù)為，靈敏系數(shù)為K KH1H1，分流電，分流

37、電阻為阻為R Rp0p0，根據(jù)分流概念得，根據(jù)分流概念得 ：6.2 霍爾傳感器6.2 霍爾傳感器0000PHPiR IIRR0000PHPiR IIRR0000(624)PHPiR IIRR當(dāng)溫度升至當(dāng)溫度升至T T時(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)闀r(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)? :0(1)(625)iiRRT 0(1)(626)PPRRT式中：式中：霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；分流電阻溫度系數(shù)。分流電阻溫度系數(shù)。則則：000(1)(1)(1)PPHPiPiRT IR IIRRRTRT 6.2 霍爾傳感器0000PHPiR IIRR0000PHPiR IIRR溫度升高溫度升高 T T，為使霍

38、爾電勢(shì)不變，補(bǔ)償電路必須滿足溫升，為使霍爾電勢(shì)不變，補(bǔ)償電路必須滿足溫升前、后的霍爾電勢(shì)不變，即前、后的霍爾電勢(shì)不變，即 :將式（將式（6-206-20）、（）、（6-216-21）、（）、（6-246-24）代入上式，經(jīng)整理并）代入上式，經(jīng)整理并略去略去 、 、T2T2高次項(xiàng)后得高次項(xiàng)后得: :00(629)PiRR000(627)HHHHHHUKIBUK I B00(628)HHHHKIK I當(dāng)霍爾元件選定后，當(dāng)霍爾元件選定后，它的輸入電阻它的輸入電阻R Ri0 i0和溫度系和溫度系數(shù)數(shù) 及霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)及霍爾電勢(shì)溫度系數(shù) 是確定值是確定值。由式（。由式（6- 6-2929）即可計(jì)算出分

39、流）即可計(jì)算出分流電阻電阻R Rp0p0及所需的及所需的溫度系數(shù)溫度系數(shù) 值值。為了滿足。為了滿足R Rp p0 0及及 兩個(gè)條件，分流電阻可取兩個(gè)條件，分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合，這溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合，這樣雖然麻煩但效果很好。樣雖然麻煩但效果很好。6.2 霍爾傳感器 磁敏電阻器是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。磁敏電磁敏電阻器是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件。磁敏電阻是磁阻位移傳感器、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等的核心部件。阻是磁阻位移傳感器、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等的核心部件。 6.3.1 6.3.1 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)當(dāng)一載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，其電阻會(huì)隨磁場(chǎng)而變化，這種現(xiàn)當(dāng)一載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，

40、其電阻會(huì)隨磁場(chǎng)而變化，這種現(xiàn)象被稱為象被稱為磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)。當(dāng)溫度恒定時(shí)，在磁場(chǎng)內(nèi)，磁阻和磁感。當(dāng)溫度恒定時(shí)，在磁場(chǎng)內(nèi)，磁阻和磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度B B的平方成正比。理論推導(dǎo)出來(lái)的磁阻效應(yīng)方程為：的平方成正比。理論推導(dǎo)出來(lái)的磁阻效應(yīng)方程為： 式中，式中， 是磁感應(yīng)強(qiáng)度為是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的電阻率；的電阻率； 是零磁場(chǎng)下的電阻率；是零磁場(chǎng)下的電阻率； 是電子遷移率；是電子遷移率；B B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。是磁感應(yīng)強(qiáng)度。2201 0.273B6.3 磁敏電阻器0當(dāng)電阻率的變化為當(dāng)電阻率的變化為 時(shí)，則電阻率的相對(duì)變化為：時(shí)，則電阻率的相對(duì)變化為：可以看出可以看出 ，在磁感應(yīng)強(qiáng)度，在磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí)，遷移

41、率越高的材一定時(shí)，遷移率越高的材料（如料（如InSbInSb、InAsInAs、NiSbNiSb等半導(dǎo)體材料）磁阻效應(yīng)越明等半導(dǎo)體材料）磁阻效應(yīng)越明顯。從微觀上講，材料的顯。從微觀上講，材料的電阻率增加是因?yàn)殡娏鞯牧鲃?dòng)電阻率增加是因?yàn)殡娏鞯牧鲃?dòng)路徑因磁場(chǎng)的作用而加長(zhǎng)所致路徑因磁場(chǎng)的作用而加長(zhǎng)所致。0222200.273BKB6.3 磁敏電阻器6.3.2 6.3.2 磁敏電阻的結(jié)構(gòu)磁敏電阻的結(jié)構(gòu) 磁阻效應(yīng)除了與材料有關(guān)外，還與磁敏電阻的形狀磁阻效應(yīng)除了與材料有關(guān)外，還與磁敏電阻的形狀有關(guān)?？紤]形狀影響因素時(shí)，電阻率的相對(duì)變化為：有關(guān)?？紤]形狀影響因素時(shí)，電阻率的相對(duì)變化為：式中，式中，l l、b

42、 b分別為電阻的長(zhǎng)和寬；分別為電阻的長(zhǎng)和寬； 是形狀效應(yīng)系數(shù)。是形狀效應(yīng)系數(shù)。 圖圖6-146-14畫(huà)出了三種不同形狀的半導(dǎo)體內(nèi)電流線的分布，畫(huà)出了三種不同形狀的半導(dǎo)體內(nèi)電流線的分布，第一行為不加磁場(chǎng)的情況，第二行為加磁場(chǎng)的情況。第一行為不加磁場(chǎng)的情況，第二行為加磁場(chǎng)的情況。 6.3 磁敏電阻器20()1lkBfblfb6.3 磁敏電阻器圖圖6-14 6-14 半導(dǎo)體內(nèi)電流分布半導(dǎo)體內(nèi)電流分布（a a）長(zhǎng)方形）長(zhǎng)方形lblb（b b）長(zhǎng)方形）長(zhǎng)方形lblb（c c）科比諾圓盤(pán)）科比諾圓盤(pán)6.3.3 6.3.3 磁阻元件的主要特性磁阻元件的主要特性1 1）靈敏度特性）靈敏度特性 磁敏電阻的靈敏度

43、一般是非線性的，且受溫度磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度的影響較大。磁阻元件的靈敏度特性用在一定的影響較大。磁阻元件的靈敏度特性用在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度下的電阻變化率來(lái)表示，即磁場(chǎng)強(qiáng)度下的電阻變化率來(lái)表示，即磁場(chǎng)磁場(chǎng)電電阻變化率特性曲線的斜率阻變化率特性曲線的斜率。在運(yùn)算時(shí)常用。在運(yùn)算時(shí)常用R RB B/R/R0 0求得，求得， R R0 0表示無(wú)磁場(chǎng)情況下磁阻元件的電阻值，表示無(wú)磁場(chǎng)情況下磁阻元件的電阻值，R RB B為施加為施加0.3T0.3T磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)磁阻元件的電阻值。磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)磁阻元件的電阻值。6.3 磁敏電阻器6.3 磁敏電阻器這種情況下，一般磁阻元件的靈敏度大于這種情況下，一般

44、磁阻元件的靈敏度大于2.7，如圖，如圖6-156-15所所示。由圖示。由圖6-15(a)6-15(a)所示磁阻元件的電阻值與磁場(chǎng)的極性無(wú)關(guān)，所示磁阻元件的電阻值與磁場(chǎng)的極性無(wú)關(guān)，它只隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。由圖它只隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。由圖6-15(b)6-15(b)所示，在所示，在0.2T0.2T以以下的弱磁場(chǎng)中，曲線呈現(xiàn)平方特性，而超過(guò)下的弱磁場(chǎng)中，曲線呈現(xiàn)平方特性，而超過(guò)0.2T0.2T后呈現(xiàn)線性后呈現(xiàn)線性變化。變化。圖圖6-15 6-15 磁阻元件的靈敏度特性磁阻元件的靈敏度特性2 2）電阻）電阻 溫度特性溫度特性6.3 磁敏電阻器圖圖6-16 6-16 半導(dǎo)體元件的電阻半導(dǎo)體元件的

45、電阻- -溫度特性曲線溫度特性曲線圖圖6-166-16是一般半導(dǎo)體磁阻元件的電阻是一般半導(dǎo)體磁阻元件的電阻溫度溫度特性曲線，由圖可知，半導(dǎo)體磁阻元件的溫度特性曲線，由圖可知，半導(dǎo)體磁阻元件的溫度特性不好。元件的電阻值在不大的溫度變化范特性不好。元件的電阻值在不大的溫度變化范圍內(nèi)減小的很快。因此，在應(yīng)用時(shí)，一般都要圍內(nèi)減小的很快。因此，在應(yīng)用時(shí)，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。6.3 磁敏電阻器 檢測(cè)磁場(chǎng)是霍爾式傳感器最典型的應(yīng)用檢測(cè)磁場(chǎng)是霍爾式傳感器最典型的應(yīng)用之一。將霍爾器件做成各種形式的探頭，之一。將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，使磁力線和器件表面放在被測(cè)磁場(chǎng)中，

46、使磁力線和器件表面垂直，通電后即可輸出與被測(cè)磁場(chǎng)的磁垂直，通電后即可輸出與被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性正比的電壓。感應(yīng)強(qiáng)度成線性正比的電壓。6.4 磁敏式傳感器的應(yīng)用6.4 磁敏式傳感器的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速表 在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)

47、速。、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。S SN N線性霍爾線性霍爾磁鐵磁鐵霍爾轉(zhuǎn)速表原理 當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平。反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平。角位移測(cè)量?jī)x角位移測(cè)量?jī)x 角位移測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)如圖所示。霍爾器件與被測(cè)物連動(dòng)，角位移測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)如圖所示?；魻柶骷c被測(cè)物連動(dòng)，而霍爾器件又在一個(gè)恒定的磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，于是霍爾電勢(shì)而霍爾器件又在一個(gè)恒定的磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，于是霍爾電勢(shì) 就反應(yīng)了轉(zhuǎn)

48、角就反應(yīng)了轉(zhuǎn)角 變化。變化。HE霍爾電流傳感器 將被測(cè)電流的將被測(cè)電流的導(dǎo)線穿過(guò)霍爾電流傳導(dǎo)線穿過(guò)霍爾電流傳感器的檢測(cè)孔。當(dāng)有感器的檢測(cè)孔。當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，在電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線集中在鐵心，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過(guò)霍爾元件，從處穿過(guò)霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓的霍爾電壓。霍爾電流傳感器演示霍爾電流傳感器演示鐵心鐵心 線性霍爾線性霍爾IC EH=KH IB 霍爾鉗形電流表（交直流兩用霍爾鉗形電流表（交直流兩用）壓舌壓舌豁口豁口霍爾式接近開(kāi)關(guān)霍爾式接近開(kāi)關(guān) 當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動(dòng)作

49、距離時(shí)，霍爾式接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作?；魻柺浇咏_(kāi)關(guān)霍爾式接近開(kāi)關(guān) 用霍爾用霍爾ICIC也能完成接近開(kāi)關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁也能完成接近開(kāi)關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁材料的檢測(cè)，并且還需要建立一個(gè)較強(qiáng)的閉合磁場(chǎng)。材料的檢測(cè)，并且還需要建立一個(gè)較強(qiáng)的閉合磁場(chǎng)。 在右圖中，當(dāng)磁鐵在右圖中，當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)到距霍爾接隨運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)到距霍爾接近開(kāi)關(guān)幾毫米時(shí)，霍爾近開(kāi)關(guān)幾毫米時(shí)，霍爾ICIC的的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑?jīng)驅(qū)動(dòng)電路使繼電器吸合或經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使繼電器吸合或釋放，控制運(yùn)動(dòng)部件停止移釋放，控制運(yùn)動(dòng)部件停止移動(dòng)（否則將撞壞霍爾動(dòng)（否則將撞壞霍爾ICIC）起）起到限位的作用。到

50、限位的作用。 磁敏電阻可以用來(lái)作為電流傳感器、磁敏磁敏電阻可以用來(lái)作為電流傳感器、磁敏接近開(kāi)關(guān)、角速度接近開(kāi)關(guān)、角速度/ /角位移傳感器、磁場(chǎng)角位移傳感器、磁場(chǎng)傳感器等，可用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、伺傳感器等，可用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、電度表、斷路器、防爆電服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、電度表、斷路器、防爆電機(jī)保護(hù)器、地磁場(chǎng)的測(cè)量、探礦等。機(jī)保護(hù)器、地磁場(chǎng)的測(cè)量、探礦等。6.4.1 6.4.1 非接觸式交流電流檢測(cè)器非接觸式交流電流檢測(cè)器 該非接觸式交流電流檢測(cè)器使用的是該非接觸式交流電流檢測(cè)器使用的是MS-F06MS-F06型型磁敏電阻器，只要將磁敏電阻器，只要將MS-F06MS-F06型半導(dǎo)體磁

51、敏電阻器型半導(dǎo)體磁敏電阻器靠在電流線上就會(huì)得到輸出電壓?？吭陔娏骶€上就會(huì)得到輸出電壓。MS-F06MS-F06型磁敏型磁敏電阻器在電阻器在3535時(shí)電阻值減小到室溫時(shí)的時(shí)電阻值減小到室溫時(shí)的1/21/2。因。因此，很少只使用一個(gè)磁敏電阻器，而是使用兩個(gè)此，很少只使用一個(gè)磁敏電阻器，而是使用兩個(gè)磁敏電阻器，以使其溫度特性能夠得到補(bǔ)償。磁敏電阻器，以使其溫度特性能夠得到補(bǔ)償。6.4 磁敏式傳感器的應(yīng)用圖圖6-17 MS-F066-17 MS-F06型磁敏電阻器的電阻值型磁敏電阻器的電阻值- -磁場(chǎng)特性磁場(chǎng)特性6. 4 磁敏式傳感器的應(yīng)用MS-F06MS-F06型磁敏電阻器的電阻值型磁敏電阻器的電阻

52、值- -磁場(chǎng)特性如圖磁場(chǎng)特性如圖6-176-17所所示。示。 在磁場(chǎng)強(qiáng)度為在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0 0時(shí)的電阻值（初始電阻值）為時(shí)的電阻值（初始電阻值）為800800，MS-F06MS-F06具有具有0.075T0.075T的偏置磁場(chǎng)。在圖的偏置磁場(chǎng)。在圖6- 6-1717中可以看到，中可以看到，R R0.7G0.7G=1k=1k，R R1.7G1.7G=1.5k=1.5k。即。即每增加每增加0.0001T0.0001T的磁場(chǎng)可以使磁敏電阻的電阻值的磁場(chǎng)可以使磁敏電阻的電阻值增加到原來(lái)的增加到原來(lái)的1.51.5倍。倍。6. 4 磁敏式傳感器的應(yīng)用圖圖6-186-18是是MS-F06MS-F06的溫度特性

53、。圖的溫度特性。圖6-196-19是是MS-F06MS-F06和銅導(dǎo)線之間的距離與輸出電壓的關(guān)系。當(dāng)它和銅導(dǎo)線之間的距離與輸出電壓的關(guān)系。當(dāng)它緊貼直徑緊貼直徑0.1mm0.1mm的銅導(dǎo)線時(shí)，對(duì)應(yīng)于的銅導(dǎo)線時(shí)，對(duì)應(yīng)于50Hz50Hz的的100mA100mA電流，輸出的電壓為電流，輸出的電壓為0.27mV0.27mVRMSRMS。圖圖6-18 MS-F066-18 MS-F06的溫度特性的溫度特性 圖圖6-18 MS-F066-18 MS-F06的間隔特性的間隔特性6. 4 磁敏式傳感器的應(yīng)用圖圖6-20 6-20 非接觸式電流監(jiān)測(cè)器非接觸式電流監(jiān)測(cè)器6. 4 磁敏式傳感器的應(yīng)用圖圖6-206-20是利用是利用MS-F06MS-F06制作的非接觸式電流檢測(cè)制作的非接觸式電流檢測(cè)器的電路圖。器的電路圖。20A20A時(shí)磁敏電阻的輸出電壓時(shí)