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霍爾傳感器主要特性及其工作原理介紹
霍爾傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)的磁場傳感器,廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù),檢測技術(shù)和信息處理。那么霍爾傳感器的工作原理是什么?這種傳感器有哪些優(yōu)點?主要參數(shù)是什么?本文將一一講解。
(霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是當(dāng)固體材料中的載體在施加的磁場中移動時,軌跡由于洛倫茲力而移動,并且在材料的兩側(cè)發(fā)生電荷累積,形成與電流垂直的電荷。在該方向上的電場最終平衡載體的洛倫茲力與電場排斥,從而建立穩(wěn)定的電位差,即兩側(cè)的霍爾電壓。)
通過霍爾效應(yīng)實驗測量的霍爾系數(shù)可以確定重要參數(shù),例如半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型,載流子濃度和載流子遷移率。
由于霍爾元件產(chǎn)生的電位差很小,霍爾元件通常與一個芯片上的放大器電路,溫度補償電路和穩(wěn)壓電源電路集成在一起,稱為霍爾傳感器?;魻杺鞲衅鳎卜Q為霍爾IC,具有較小的輪廓,如圖:
霍爾傳感器
霍爾傳感器的優(yōu)點和用途
很多人都知道,汽車的自動化程度越高,微電子電路越多,越不怕電磁干擾。在汽車中,有許多燈和電氣設(shè)備,特別是大功率前照燈,空調(diào)電機和雨刷電機在切換時會產(chǎn)生浪涌電流,導(dǎo)致機械開關(guān)觸點產(chǎn)生電弧并產(chǎn)生大的電磁干擾。信號。
通過使用功率霍爾開關(guān)電路可以減少這些現(xiàn)象。通過檢測磁場的變化將霍爾器件轉(zhuǎn)換為電信號輸出,并且可以用于監(jiān)視和測量車輛的各種部件的操作參數(shù)的變化。
如位置,位移,角度,角速度,轉(zhuǎn)速等,這些變量可以變換兩次;可以測量壓力,質(zhì)量,液位,流速,流速等?;魻柶骷妮敵鲋苯优c電子控制單元連接,以進行自動檢測。
目前的霍爾器件可承受一定的振動,可在零下40°C至零下150°C的溫度范圍內(nèi)工作。所有密封件均不受水和油污染,可完全適應(yīng)汽車惡劣的工作環(huán)境。
霍爾傳感器可測量任意波形的電流和電壓,如直流,交流,脈沖波形,甚至瞬態(tài)峰值測量。次級電流忠實地反映初級電流的波形?;蚱胀ㄗ儔浩鳠o法與它相比,它一般只適用于測量50Hz的正弦波
初級側(cè)電路與次級側(cè)電路之間具有良好的電氣隔離,隔離電壓可達9600Vrms;
高精度:在工作溫度范圍內(nèi)精度優(yōu)于1%,精度適用于任何波形測量;霍爾開關(guān)器件無接觸,無磨損,輸出波形清晰,無抖動,無反彈,高位置重復(fù)性(高達μm級)。
寬帶寬:高帶寬電流傳感器上升時間可小于1μs;然而,電壓傳感器帶寬很窄,一般在15kHz以內(nèi),而6400Vrms高壓電壓傳感器的上升時間約為500uS,帶寬約為700Hz。測量范圍寬:電流測量高達50KA,電壓測量高達6400V。
結(jié)構(gòu)堅固,體積小,重量輕,使用壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達1 MHZ),抗振動,污染或腐蝕灰塵,油,水蒸氣和鹽霧不怕。
該圖顯示了用于定位應(yīng)用的典型霍爾傳感器 - 一個輪上的兩個磁鐵穿過霍爾效應(yīng)傳感器。圖中的輪子帶有兩個等距的磁鐵,傳感器兩端的電壓將在一個周期內(nèi)達到峰值兩次。
它通常用于測量車輪和軸的速度,例如在內(nèi)燃機點火正時(正時)或轉(zhuǎn)速計上。它用于無刷直流電機,以檢測永磁體的位置。
霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置,逆變裝置,UPS電源,通信電源,電焊機,電力機車,變電站,數(shù)控機床,電解電鍍,計算機監(jiān)控,電網(wǎng)監(jiān)控等。太陽能,風(fēng)和地鐵軌道信號,汽車電子等領(lǐng)域。
霍爾傳感器的主要特性參數(shù)
如上所述,霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制造的磁場傳感器。其主要特征參數(shù)如下。
(1)輸入電阻R.
霍爾傳感器元件的2個刺激電流端子的直流電阻稱為輸入電阻。它的大概價錢有幾歐元到幾百歐元左右,具體取決于不同型號的組件。
隨著溫度升高,輸入電阻變小,導(dǎo)致輸入電流變大,最終導(dǎo)致霍爾傳感器電位發(fā)生變化。為了減小這種影響,優(yōu)選使用恒流源作為激發(fā)源。
(2)輸出電阻R.
兩個霍爾傳感器的電位輸出之間的電阻稱為輸出電阻,其數(shù)字與輸入電阻具有相同的數(shù)量級。它也隨溫度變化而變化。選擇合適的負載電阻很容易匹配,以最大限度地減少溫度引起的水勢漂移。
(3)最大勵磁電流I ---霍爾傳感器參數(shù)
由于霍爾傳感器的電位隨著激勵電流的增加而增加,因此總是希望在應(yīng)用中選擇較大的1M激勵電流,但激勵電流增加,元件的功耗增加,并且組件的溫度增加。結(jié)果,霍爾傳感器電位的溫度漂移增加,因此每個模型都指定了相應(yīng)的最大激勵電流,其范圍從幾毫安到幾百毫安。
(4)靈敏度K.
靈敏度KH=EH/IB,其值約為10MV(MA.T)。
(5)最大磁感應(yīng)BM ---霍爾傳感器參數(shù)
當(dāng)磁感應(yīng)超過BM時,霍爾傳感器電位的非線性誤差將顯著增加,并且Tes(T)變?yōu)閹浊Ц咚梗℅s)(1Gs=104T)。
(6)等電位
在額定激勵電流F下,當(dāng)施加的磁場為零時,這是由于四個偶極子的幾何尺寸的不對稱性。
(7)霍爾傳感器電位溫度系數(shù)6M的值通常為零?;魻杺鞲衅鬏敵龆酥g的開路電壓稱為非等電位。當(dāng)使用橋接方法時,橋接方法用于補償由一定的磁感應(yīng)強度和激勵電流引起的不等電位。當(dāng)溫度變化1攝氏度時,霍爾傳感器電位的百分比變化弱于霍爾傳感器電位溫度系數(shù),這與霍爾傳感器元件的材料有關(guān)。