霍尔电流传感器

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霍尔传感器在测量系统中的应用

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霍尔传感器在测量系统中的应用

发布日期:2018-07-05 作者: 点击:

霍尔传感器在测量系统中的应用

摘要:根据霍尔元件的工作原理,设计出利用霍尔元件在测量系统中的应用,根据霍尔元件传感器设计原理和性能指标,设计出所要利用的霍尔元件的材料、尺寸,预测其能达到的效果;确定产生使霍尔元件工作的测试系统,并指出霍尔元件可能产生的误差及所进行补偿措施。

一 概述

传感器

1.1.1传感器简介

传感器传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。这一概念包含下面四个方面的含义:

传感器是测量装置,能完成信号获取任务。

它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等。

它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处理、显示等等,这种量可以是气、光、电量,但主要是电量。

输出输入有对应关系,而且有一定的精确程度。

1.1.2传感器的组成

传感器的功用是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。如图1-1所示


敏感元件

它是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件

敏感元件的输出就是它的输入,它输入转换成电路参数量。

转换电路

上述电路参数接入转换电路,便可以转换成电路参数量。

实际上,有些传感器很简单,有些则较复杂,也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件组成,它感受被测量时直接输出电量,如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成,没有转换电路,如压电式加速度传感器,其中质量块是敏感元件,压电片是转换元件。有些传感器转换元件不只一个,要经过若干次转换。

由于传感器空间限制风其他原因,转换电路常装入电箱中。然而,因为不少传感器要在通过转换电路之后才能输出电量信号,从而决定了转换电路是传感器的组成部分之一。

1.2霍尔传感器介绍

集成霍尔传感器分为线性型、开关型和锁键型等多种,其主要元件均是利用霍尔效应原理制成的.所谓霍尔效应,指的是这样一种物理现象:如果把通有电流I的导体放在垂直于它的磁场中,则在导体的两侧P1、P2会产生一电势差UH,它与电流I及磁感应强度B成正比,与导体厚度d成反比,即:UH=K(IB/d),式中K为霍尔系数.霍尔系数越大,表明霍尔效应越显著。人们常利用某些半导体材料(如锗、锑化铟)显著的霍尔效应来制成直流和低频磁场/电压变换器。

由稳压器、霍尔电势发生器H和信号放大器组成.传感器的输出电压随外加磁场B的垂直分量大小成线性比例变化,可广泛应用于位置、厚度、重量、速度及电流等检测或控制。开关型霍尔传感器如图1-2、图1-3

图1-2 开关型霍尔传感器电路图 图1-3开关型霍尔传感器原理图

霍尔传工作原理

在磁场作用下,通有电流的金属片上产生一横向电位差,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。


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