霍尔式传感器在实际应用中的作用

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：则B正比于Ui，霍尔器件的Uo正比于B。此角位移测量仪可以改造为霍尔电压传感器，测量直流电压。图3-14所示为霍尔传感器测量转速方法的示意图。在铁心上开一与霍尔传感器厚度相等的气隙，将霍尔线性器件紧紧地夹在气隙中央。

霍尔电动势是关于I、B、θ 三个变量的函数，即EH＝KHIBcosθ，可使其中两个量不变，将第三个量作为变量；或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量，形成三个变量的多种组合。

（1）维持I、θ 不变，则EH＝f（B），这方面的应用有：测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔角编码器，以及基于微小位移测量原理的霍尔加速度计、微压力计等。

（2）维持I、B不变，则EH＝f（θ），这方面的应用有角位移测量仪等。

（3）维持θ、B不变，则EH＝f（I），这方面的应用有电流表、电压表等。

（4）维持θ 不变，则EH＝f（IB），即传感器的输出EH与I、B的乘积成正比，这方面的应用有模拟乘法器、霍尔功率计、电能表等。

1.霍尔加速度传感器

霍尔加速度传感器的结构原理和静态特性曲线如图3-10所示。在盒体上固定均质弹簧片S，片S的中部装有一惯性块M，片S的末端固定测量位移的霍尔元件H，H的上下方装上一对永磁体，它们同极性相对安装。盒体固定在被测对象上，当它们与被测对象一起做垂直向上的加速运动时，惯性块在惯性力的作用下使霍尔元件H产生一个相对盒体的位移，产生霍尔电压VH的变化。可从VH与加速度的关系曲线上求得加速度。

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图3-10　霍尔加速度传感器的结构原理和静态特性曲线

2.角位移测量仪

角位移测量仪结构示意图如图3-11所示。霍尔器件与被测物连动，而霍尔器件又在一个恒定的磁场中转动，于是霍尔电动势EH就反映了转角θ 的变化。将图中的铁心气隙减小到夹紧霍尔器件的厚度。则B正比于Ui，霍尔器件的Uo正比于B。此角位移测量仪可以改造为霍尔电压传感器，测量直流电压。

3.霍尔接近开关

霍尔接近开关的应用示意图如图3-12所示。在图3-12（b）中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔接近开关），起到限位的作用。

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图3-11　角位移测量仪结构示意图

1—极靴；2—霍尔器件；3—励磁线圈

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图3-12　霍尔接近开关应用示意图

1—运动部件；2—软铁分流翼片

在图3-12（d）中，磁铁和霍尔接近开关保持一定的间隙，均固定不动。软铁制作的分流翼片与运动部件联动。当它移动到磁铁与霍尔接近开关之间时，磁力线被屏蔽（分流），无法到达霍尔接近开关，此时霍尔接近开关输出跳变为高电平。改变分流翼片的宽度可以改变霍尔接近开关的高电平与低电平的占空比。

4.霍尔电流传感器

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图3-13　霍尔电流传感器原理及外形

1—被测电流母线；2—铁心；3—线性霍尔器件

如图3-13所示，用一环形（有时也可以是方形）导磁材料做成铁心，套在被测电流流过的导线（也称电流母线）上，将导线中电流感生的磁场聚集在铁心中。在铁心上开一与霍尔传感器厚度相等的气隙，将霍尔线性器件紧紧地夹在气隙中央。电流母线通电后，磁力线集中通过铁心中的霍尔器件，霍尔器件输出与被测电流成正比的输出电压或电流。霍尔电流传感器能够测量直流电流，弱电回路与主回路隔离，能够输出与被测电流波形相同的“跟随电压”，容易与计算机及二次仪表接口，准确度高、线性度好、响应时间快、频带宽，不会产生过电压。

5.霍尔传感器测量转速

利用霍尔元件测量转速的工作原理非常简单，将永久磁体按适当的方式固定在被测轴上，霍尔元件置于磁铁的气隙中，当轴转动时，霍尔元件输出的电压则包含有转速的信息，该电压经后续电路处理，便可得到转速的数据。图3-14所示为霍尔传感器测量转速方法的示意图。

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图3-14　几种霍尔式转速传感器的结构

1—输入轴；2—转盘；3—小磁铁；4—霍尔传感器

霍尔式传感器在实际应用中的作用

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