霍爾傳感器的基本原理,霍爾傳感器的工作原理是什么?


1、霍爾傳感器的工作原理是什么?
霍爾傳感器的工作原理是:
磁場中有一個霍爾半導體片,恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下,I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移,使該片在CD方向上產生電位差,這就是所謂的霍爾電壓。
霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化,磁場越強,電壓越高,磁場越弱,電壓越低,霍爾電壓值很小,通常只有幾個毫伏,但經集成電路中的放大器放大,就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。
若使霍爾集成電路起傳感作用,需要用機械的方法來改變磁感應強度。下圖所示的方法是用一個轉動的葉輪作為控制磁通量的開關,當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時,磁場偏離集成片,霍爾電壓消失。
這樣,霍爾集成電路的輸出電壓的變化,就能表示出葉輪驅動軸的某一位置,利用這一工作原理,可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器,它要有外加電源才能工作,這一特點使它能檢測轉速低的運轉情況。
霍爾效應傳感器:
1-霍爾半導體元件 2-永久磁鐵 3-擋隔磁力線的葉片。
霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種,這一現象是霍爾(A.H.Hall,1855-1938)于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。
后來發現半導體、導電流體等也有這種效應,而半導體的霍爾效應比金屬強得多,利用這現象制成的各種霍爾元件,廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數,能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。
由霍爾效應的原理知,霍爾電勢的大小取決于:Rh為霍爾常數,它與半導體材質有關;I為霍爾元件的偏置電流;B為磁場強度;d為半導體材料的厚度。
對于一個給定的霍爾器件,當偏置電流I固定時,UH將完全取決于被測的磁場強度B。
2、霍爾傳感器工作原理
磁場平衡式霍爾電流傳感器是由原邊電路、聚磁環、霍爾元件、次級線圈、放大器等組成,如圖所示。其工作原理是磁場平衡式的,即原邊電流所產生的磁場,用通過次級線圈的電流所產生的磁場進行補償,使霍爾元件始終處于檢測零磁通的工作狀態。具體工作過程為:
當原邊回路有一大電流I
流過時,在導線周圍產生一個強的磁場H
,這一磁場被聚磁環聚集,并感應霍爾元件,使其有一個信號輸出U
,這一信號經放大器N放大,再輸入到功率放大器中,這時相應的功率管導通,從而獲得一個補償電流I
。由于這一電流要通過很多匝繞組,多匝導線所產生的磁場Hs與原邊電流所產生的磁場H
方向相反,因而相互抵消,引起磁路中總的磁場變小,使霍爾器件的輸出逐漸減小,最后當I
與匝數相乘所產生的磁場H
與I
所產生的磁場H
相等時,達到磁場平衡,I
不再增加,這時霍爾元件就處于零磁通檢測狀態。上述過程是在非常短的時間內完成的,這一平衡的建立所需時間在1μs之內,且是一個動態平衡過程,即:原邊電流Ip的任何變化都會破壞這一磁場平衡,一旦磁場失去平衡,霍爾元件就有信號輸出,經放大器放大后,立即有相應的電流流過次級線圈對其進行補償。因此從宏觀上看,次級補償電流的安匝數在任何時刻都與原邊電流的安匝數相等,即:
其中:Np為原邊匝數,Ip原邊電流;Ns為次級匝數,Is為次級電流。所以,若已知Np、Ns,測得Is,即可得到原邊電流Ip的大小。利用同樣的原理,可進行電壓測量,只需在原邊線圈回路中串聯一個電阻R1,將原邊電流Ip轉換成被測電壓Up。即:Up=(R1+Rin)Ip=(R1+Rin)NsIs/Np
式中Rin為原邊內阻。磁平衡式電流電壓傳感器測量輸出信號為電流形式Is。若要獲得電壓的輸出形式,用戶需在M端和電源零點之間串一只電阻Rm,并在其上取電壓Um,如圖所示,串聯電阻的大小由下式限定:
其中:Emin為電源輸出最小電壓,Ri為傳感器次級內阻,Uces為輸出功率管的飽和壓降。用戶可取的最大電壓為:Ummax=Rmmax╳Is
3、霍爾傳感器工作原理
霍爾傳感器工作原理:
一個霍爾元件一般有四個引出端子,其中兩根是霍爾元件的偏置電流I的輸入端,另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構成外回路,就會產生霍爾電流。
一般地說,偏置電流的設定通常由外部的基準電壓源給出;若精度要求高,則基準電壓源均用恒流源取代。為了達到高的靈敏度,有的霍爾元件的傳感面上裝有高導磁系數的鍍膜合金;這類傳感器的霍爾電勢較大,但在0.05T左右出現飽和,僅適用在低量限、小量程下使用。
霍爾傳感器優點:
1、 霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓,如:直流、交流、脈沖波形等,甚至對瞬態峰值的測量。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的,它一般只適用于測量50Hz正弦波;
2、 原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離,隔離電壓可達9600Vrms;
3、精度高:在工作溫度區內精度優于1%,該精度適合于任何波形的測量;
4、線性度好:優于0.1%;
5、寬帶寬:高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs;但是,電壓傳感器帶寬較窄,一般在15kHz以內,6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS,帶寬約700Hz。
責任編輯:David
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