霍尔效应传感器的应用与优势

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：霍尔式接近开关是利用霍尔效应而制成的一种磁敏传感器。图5-2-10所示为霍尔电流传感器内部结构。图5-2-10 霍尔电流传感器内部结构图图5-2-11 霍尔电压传感器原理图霍尔电流和电压传感器由于具有很好的电气隔离性能，广泛应用于焊接电源的电流和电压采样中，这样可保证电源主电路与控制电路的良好隔离。霍尔电流和电压传感器的动态响应速度很快，在电弧动态特性的测量中，也采用这两种传感器进行瞬时电流和电压的测量。

利用霍尔效应原理可以制成霍尔式接近开关、霍尔电流和电压传感器。霍尔效应的基本原理为：当有电流I流过时，电子运动速度v与I的方向相反，电子运动受到磁场作用使运动轨迹横向偏移，按图5-2-7中虚线方向前进。这导致了半导体片的一侧电子密集呈现负电荷，另一侧电子稀疏呈现正电荷，两侧面之间形成电场E，称为霍尔效应，由霍尔效应产生霍尔电势E。霍尔电势E的大小与控制电流I和磁通密度B的乘积成正比，一般控制电流I和内阻较小，其工作电压U≈E，即

E≈U=KIBsinθ（5-2-1）

图5-2-6 电极接触式传感器的工作原理图

霍尔元件是霍尔传感器的核心，采用的材料有锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）、砷化镓（GsAs）等。霍尔元件是在单晶薄片的两端焊上两根控制电流引线，在另外两端焊上两根霍尔电压输出引线，如图5-2-8所示。

图5-2-7 霍尔效应工作原理图

图5-2-8 霍尔元件示意图

当半导体材料和尺寸确定后霍尔工作电压U与I、B的乘积成正比，根据这一特性，在恒定电流下可用来测量磁感应强度B；反之，在恒定的磁场下，可以测量电流I。

霍尔式接近开关是利用霍尔效应而制成的一种磁敏传感器。这种传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。采用霍尔式接近开关检测位置时，通常将一磁铁安放在被检测的物体上，而将传感器安放在固定位置，当被检测物体运动靠近传感器时，磁铁产生的磁场作用在传感器上，霍尔元件输出电压，经放大和施密特整形电路输出高电平。当被检测物体远离传感器时，磁铁产生的磁场在霍尔元件中产生的电压很小，施密特整形电路翻转输出低电平。霍尔开关集成传感器的内部结构如图5-2-9所示。