磁電式霍爾溫度補償

5.霍爾元件溫度補償霍爾元件是采用半導體材料制成的，半導體的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。

當溫度變化時，霍爾元件的下列參數(shù)發(fā)生變化：載流子濃度遷移率電阻率霍爾系數(shù)從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。

為了減小霍爾元件的溫度誤差，可采用兩項措施：選用溫度系數(shù)小的元件；采用恒溫措施。

由UH=KHIB可看出：采用恒流源供電是個有效措施。但也只能是減小由于輸入電阻隨溫度變化所引起的激勵電流I的變化的影響。

霍爾元件的靈敏系數(shù)KH

也是溫度的函數(shù)，它隨溫度變化將引起霍爾電勢的變化。

霍爾元件的靈敏度系數(shù)與溫度的關系：

KH=KH0(1+αΔT)

KH0——溫度T0時的KH值；

α—霍爾電勢溫度系數(shù)。

大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)α是正值，

它們的霍爾電勢隨溫度升高而增加αΔT

倍。

但如果同時讓激勵電流Is

相應地減小，并能保持KH·Is

乘積不變，也就抵消了靈敏系數(shù)KH

增加的影響。

UH=KHIB

圖7-14就是按此思路設計的一個既簡單，補償效果又較好的補償電路。圖7-14恒流溫度補償電路

電路中Is為恒流源，分流電阻Rp與霍爾元件的激勵電極相并聯(lián)。當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時，旁路分流電阻Rp自動地增大分流，

減小了霍爾元件的激勵電流IH，從而達到補償?shù)哪康摹?/p>

設初始溫度為T0，霍爾元件輸入電阻為Ri0，靈敏系數(shù)為KH0，分流電阻為Rp0，

當溫度升至T時，電路中各參數(shù)變?yōu)?/p>

δ——霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；β——分流電阻溫度系數(shù)。

雖然溫度升高了ΔT，為使霍爾電勢不變，補償電路必須滿足溫升前、后的霍爾電勢不變，即UH0=UH，則

KH0IH0B=KHIHB

有KH0IH0=KHIH

經(jīng)整理并略去αβ(ΔT)2高次項后得

α—霍爾電勢的溫度系數(shù)；

β——分流電阻的溫度系數(shù)；

δ——霍爾元件輸入電阻的溫度系數(shù)。

當霍爾元件選定后，它的輸入電阻Ri0和溫度系數(shù)δ及霍爾電勢溫度系數(shù)α是確定值。

由前式可計算出分流電阻Rp0及所需的溫度系數(shù)β值。為了滿足Rp0及β兩個條件，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，這樣雖然麻煩但效果很好。

7.2.2霍爾傳感器的應用霍爾元件的特點：結(jié)構(gòu)簡單體積小動態(tài)特性好壽命長。

可以測量：磁感應強度有功功率電能位移。

圖7-15霍爾式位移傳感器的工作原理圖(a)磁場強度相同傳感器；(b)簡單的位移傳感器；(c)結(jié)構(gòu)相同的位移傳感器

1.霍爾式微位移傳感器磁場強度相同傳感器

磁場強度相同的兩塊永久磁鐵，同極性相對地放置，霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應強度B=0，因此霍爾元件輸出的霍爾電勢UH也等于零，此時位移Δx=0。若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對位移，霍爾元件感受到的磁感應強度也隨之改變，這時UH不為零，

其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對位置的變化量。這種結(jié)構(gòu)的傳感器，其動態(tài)范圍可達5mm，分辨率為0.001mm。

簡單的位移傳感器

在霍爾元件處于初始位置Δx=0時，霍爾電勢UH不等于零。

結(jié)構(gòu)相同的位移傳感器

由兩個結(jié)構(gòu)相同的磁路組成的霍爾式位移傳感器，為了獲得較好的線性分布，在磁極端面裝有極靴，霍爾元件調(diào)整好初始位置時，可以使霍爾電勢UH=0。

這種傳感器靈敏度很高，但它所能檢測的位移量較小，適合于微位移量及振動的測量。

2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應的脈沖，

檢測出單位時間的脈沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。

3.霍爾計數(shù)裝置霍爾集成元件是將霍爾元件和放大器等集成在一塊芯片上。

它由霍爾元件、放大器、電壓調(diào)整電路、電流放大輸出電路、失調(diào)調(diào)整及線性度調(diào)整電路等幾部分組成，有三端T形單端輸出和八腳雙列直插型雙端輸出兩種結(jié)構(gòu)。它的特點是輸出電壓在一定范圍內(nèi)與磁感應強度成線性關系。

霍爾開關傳感器SL3501具有較高靈敏度的集成霍爾元件，能感受到很小的磁場變化，可對黑色金屬零件進行計數(shù)檢測。

黑色金屬：鐵、錳和鉻的統(tǒng)稱。包括鋼和其它以鐵為主的合金。

有色金屬：黑色金屬（鐵、錳、鉻）以外的所有金屬的統(tǒng)稱。如金、銀、銅、錫、汞、鋅等。圖7-17是對鋼球進行計數(shù)的工作示意圖和電路圖。

當鋼球通過霍爾開關傳感器時，傳感器可輸出峰值20mV的脈沖電壓，該電壓經(jīng)運算放大器(μA741)放大