如何利用霍爾元件來(lái)測(cè)量電磁場(chǎng)？

霍爾元件分為線(xiàn)性特性和開(kāi)關(guān)特性?xún)煞N，磁通計(jì)中的傳 感器大多采用具有線(xiàn)性特性的霍爾元件，開(kāi)關(guān)特性隨磁體本 身的材料及形狀不同而異，低磁場(chǎng)時(shí)磁通飽和，直流無(wú)刷電動(dòng) 機(jī)的控制一般采用具有開(kāi)關(guān)元件的霍爾傳感器。它還會(huì)產(chǎn)生 不等位電勢(shì)，相應(yīng)的也會(huì)有不等位電阻，原因是：霍爾電極安 裝不對(duì)稱(chēng)或不在同一等電位上；半導(dǎo)體材料不均勻；激勵(lì)電極 接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻?；魻栐€存在負(fù)載特性， 當(dāng)霍爾電極間串聯(lián)有負(fù)載時(shí)，由于要流過(guò)霍爾電流，故在其內(nèi) 阻上產(chǎn)生壓降，實(shí)際的霍爾電勢(shì)比理論值略低。

2 測(cè)量方法與電路 

霍爾傳感器的基本測(cè)量電路，電源 E 提供激勵(lì)電流，可變 電阻 RP 用于調(diào)節(jié)激勵(lì)電流 I 的大小，RL 為輸出霍爾電勢(shì) uH 的負(fù)載電阻，一般用于表征顯示儀表、記錄裝置或放大器的輸 入阻抗。 

3 霍爾元件不等位電勢(shì)進(jìn)行補(bǔ)償 

不等位電勢(shì)與霍爾電勢(shì)以及具有一定相同的數(shù)量級(jí)，有時(shí)我們甚至超 過(guò)霍爾電勢(shì)，而實(shí)用中要消除不等位電勢(shì)是極其嚴(yán)重困難的，因而 必須通過(guò)采用經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償管理辦法。分析等位基因的潛力，可以是霍爾效應(yīng)元件或類(lèi)似的橋梁，通過(guò)分析等位基因補(bǔ)償潛在的電橋平衡。 當(dāng)電橋平衡時(shí)，不等位電勢(shì)為零。實(shí)際上，由于激勵(lì)電極 不在同一等位面上，此四個(gè)電阻阻值不相等，電橋不平衡，不 等位電勢(shì)不為零，可以根據(jù)兩電極電位的高低，判斷應(yīng)在某一 橋壁上并聯(lián)一定的電阻，使電橋達(dá)到平衡，不等位電勢(shì)為零。

 4 恒流源供電 

根據(jù)霍爾效應(yīng)的原理，在電磁檢測(cè)時(shí)當(dāng)輸入電流恒定，霍 爾傳感器輸出的霍爾電勢(shì)僅由外界磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度唯一決 定，因而宜采用恒電流源作為其工作輸入電源。 霍爾傳感器的工作電流通常在2~5mA，一般采用LM334Z 作為恒流源輸入。LM334Z 是一種 3 端可調(diào)恒流源，輸出一個(gè)電流 還有由外部影響電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。 然而，半導(dǎo)體材料對(duì)溫度變化很敏感，因此通過(guò)二極管和電阻器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以消除溫度對(duì)其輸出的影響。 電流I等于三路電流總和，根據(jù)給定溫度對(duì)電壓漂移的影 響系數(shù) 227uV/℃，二極管的溫度系數(shù)為 2.5mV/℃。經(jīng)過(guò)基本 電路分析計(jì)算可得 I=0.134U/Rp 其中 U 為 LM334Z 上的電壓。因此可以通過(guò)調(diào)節(jié) Rp 的 阻值來(lái)控制恒流源的輸出。 

5 霍爾傳感器的應(yīng)用 

根據(jù)式U=KHIB，霍爾傳感器的應(yīng)用可以分為下述三個(gè)方面： （1）當(dāng)輸入電流恒定不變時(shí)，傳感器的輸出正比于磁感應(yīng) 強(qiáng)度。因此，任何可以被轉(zhuǎn)換成在物理量的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化可被測(cè)量，例如位移，角度，速度和加速度。 （2）當(dāng)磁感應(yīng)技術(shù)強(qiáng)度 B 保持恒定時(shí)，傳感器的輸出一個(gè)正比于控制電流 I 的變化。因此，在當(dāng)前的任何變化可以被轉(zhuǎn)換成一個(gè)物理量，可以測(cè)量和控制。 （3）由于霍爾電壓正比于控制工作電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，所以凡是我們可以通過(guò)轉(zhuǎn)換發(fā)展成為一個(gè)乘法的物理量（如功率）都可以進(jìn)行分析測(cè)量。 根據(jù)霍爾元件的原理可以做成位移傳感器、霍爾式汽車(chē) 點(diǎn)火器和轉(zhuǎn)速器等。 在電磁場(chǎng)檢測(cè)方面，可以分別應(yīng)用開(kāi)關(guān)型霍爾和線(xiàn)性霍 爾，不同的特性應(yīng)用區(qū)別很大。線(xiàn)性霍爾元件可以根據(jù)實(shí)際 的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)選擇相應(yīng)的芯片來(lái)制作電磁傳感裝置，只是在 傳感器的輸出時(shí)要加入調(diào)理電路，將信號(hào)變送為需要的電壓 信號(hào)，具體的外部變送電路根據(jù)芯片資料提供的設(shè)計(jì)基本可 以完成檢測(cè)要求。開(kāi)關(guān)特性霍爾元件，應(yīng)用范圍很廣，主要用 于檢測(cè)脈沖信號(hào)或者計(jì)數(shù)的傳感器的設(shè)計(jì)。汽車(chē)電子的應(yīng)用 中很多，例如在汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向裝置中用于檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向與角 度的轉(zhuǎn)角傳感器中，用開(kāi)關(guān)型霍爾元件設(shè)計(jì)的用于計(jì)數(shù)的檢 測(cè)，將計(jì)數(shù)結(jié)果交給單片機(jī)處理，根據(jù)每個(gè)脈沖所經(jīng)過(guò)的角度 計(jì)算出轉(zhuǎn)向跟轉(zhuǎn)過(guò)的角度，輸出一個(gè)力矩給執(zhí)行裝置，達(dá)到助 力轉(zhuǎn)向的目的。

例如 3144E，直接接入單片機(jī) I/O 口就可以 檢測(cè)的到信號(hào)，或者可以上拉到 5V，檢測(cè)的效果不很明顯，最 大高度也很低，可能會(huì)影響到車(chē)子的整體性能。干簧管檢測(cè) 就很靈敏，而其檢測(cè)的最大高度較霍爾能好一些。