霍爾效應傳感器也稱霍爾傳感器,是一個換能器,將變化的磁場轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。霍爾傳感器首先是實用于測量磁場,此外還可測量產(chǎn)生和影響磁場的物理量,例如被用于接近開關(guān)、霍爾、位置測量、轉(zhuǎn)速測量和電流測量設(shè)備。
霍爾傳感器不論是開環(huán)還是閉環(huán)原理,基本的性能區(qū)別不大,基本的優(yōu)點在于:響應時間快、低溫漂、精度高、體積小、頻帶寬、抗干擾能力強、過載能力強?;魻杺鞲衅鞯脑砥鋵嵕褪腔魻栃?,霍爾器件是一種采用半導體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件,如果在輸入端通入控制電流IC,當有一磁場B穿過該器件感磁面,則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢VH。
霍爾傳感器是根據(jù)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,根據(jù)霍爾效應原理,從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic,并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應強度為B的磁場,那么在垂直于電流和磁場方向,將產(chǎn)生一個電勢VH,稱其為霍爾電勢,其大小正比于控制電流I。
在霍爾傳感器中,電流施加到薄金屬條上。在存在垂直于電流方向的磁場時,電荷載流子被洛倫茲力偏轉(zhuǎn),在條帶的兩側(cè)之間產(chǎn)生電勢(電壓)的差異。該電壓差(霍爾電壓)與磁場強度成正比?;魻栃獋鞲衅黜憫o態(tài)(不變)磁場。這與電感式傳感器的一個關(guān)鍵區(qū)別,電感式傳感器僅響應場的變化。
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(jīng)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(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關(guān),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(qū)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?;魻栃獋鞲衅鲗儆诒粍有蛡鞲衅?,它要有外加電源才能工作,這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況。
其最簡單的形式是,傳感器作為一個模擬換能器,直接返回一個電壓。在已知磁場下,其距霍爾盤的距離可被設(shè)定。使用多組傳感器,磁鐵的相關(guān)位置可被推斷出。通過導體的電流會產(chǎn)生一個隨電流變化的磁場,并且霍爾效應傳感器可以在不干擾電流情況下而測量電流,典型的構(gòu)造為將其和繞組磁芯或在被測導體旁的永磁體合成一體。通常,霍爾效應傳感器和電路相連,從而允許設(shè)備以數(shù)字(開/關(guān))模式操作,在這種情況下可以被稱為開關(guān)。工業(yè)中常見的設(shè)備,例如氣缸,也被用于日常設(shè)備中,如一些打印機使用他們來監(jiān)測缺紙和敞蓋的情況。當鍵盤被要求高可靠性時,便也設(shè)計霍爾傳感器在其按鍵內(nèi)。
霍爾傳感器的應用
位置傳感器: 在開/關(guān)模式下運行時,即具有數(shù)字輸出,檢測磁的發(fā)生 物料 是霍爾傳感器的重要工業(yè)應用之一。
直流變壓器: 霍爾傳感器用于測量直流磁通量,因此可以計算出直流電流。
鍵盤開關(guān): 對于某些計算機鍵盤,使用了霍爾效應開關(guān)。 但是由于其相對較高的成本,由于其高可靠性而被限制在航空航天和軍事領(lǐng)域。
油位指示器: 霍爾傳感器使用位置感測來感測浮動元件的位置,并用作汽車油位指示器。
電動跑步機: 霍爾傳感器在這里用于速度傳感器以及由于意外跌落而緊急停止。 跑步機中使用者的腰帶連接到拉繩,拉繩又連接到磁鐵。 如果用戶不小心摔倒,磁鐵會脫落,并且電源會中斷,從而使機器停止運轉(zhuǎn)。
霍爾傳感器能夠測量大范圍的磁場,并且對磁場的大小和方向都很敏感。當用作電子開關(guān)時,它們不易發(fā)生機械故障,因為物理部件上沒有磨損。它們還可以在比機械開關(guān)更高的頻率下工作。霍爾效應開關(guān)不能用于具有高外部磁場的區(qū)域。霍爾傳感器可能容易因環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生熱漂移,并且在傳感器的整個使用壽命期間容易出現(xiàn)時間漂移。