霍尔传感器是什么?霍尔传感器的工作原理
来源:电工天下时间:2020-02-06 08:27:13 作者:老电工手机版>>
有关霍尔传感器的工作原理,霍尔传感器是基于霍尔效应的一种磁敏传感器,作为霍尔传感器中的磁电转换元件,可以进行电磁测量,如测量磁场、电流、电功率等磁物理量和电量。
霍尔传感器的工作原理
一、霍尔传感器是什么
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种磁敏传感器。
将通有电流的物体放在磁场中,如果电流方向与磁场方向互相垂直,则在与磁场和电流方向都垂直的方向上会产生横向电势差,这个现象称为霍尔效应,产生的电势差称为霍尔电压。
采用产生霍尔效应显著的半导体材料制成霍尔器件,作为霍尔传感器中的磁电转换元件,可以进行电磁测量,如测量磁场、电流、电功率等磁物理量和电量。
霍尔传感器还可以利用磁场作为媒介,对很多物理量实现非接触式测量,通过转换测量力、位移、振动、加速度、转速、流量等非电量,广泛应用于工业、交通、通信、自动控制、家用电器等各个领域。
二、霍尔传感器的工作原理
霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。
一、霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器
(一)霍尔效应
如图1所示,在半导体薄片两端通以控制电流I,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上,将产生电势差为UH的霍尔电压,
它们之间的关系为 。
其中d 为薄片的厚度,k称为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关。
上述效应称为霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
(二)霍尔元件
根据霍尔效应,人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
(三)霍尔传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。
霍尔传感器也称为霍尔集成电路,其外形较小,如图2所示,是其中一种型号的外形图。
二、霍尔传感器的分类
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
(一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。
(二)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。
三、霍尔传感器的特性
(一)线性型霍尔传感器的特性
输出电压与外加磁场强度呈线性关系,如图3所示,可见,在B1~B2的磁感应强度范围内有较好的线性度,磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。
(二)开关型霍尔传感器的特性
如图4所示,其中BOP为工作点“开”的磁感应强度,BRP为释放点“关”的磁感应强度。
当外加的磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出低电平,当磁感应强度降到动作点Bop以下时,传感器输出电平不变,一直要降到释放点BRP时,传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。
另外还有一种“锁键型”(或称“锁存型”)开关型霍尔传感器,其特性如图5所示。
当磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出由高电平跃变为低电平,而在外磁场撤消后,其输出状态保持不变(即锁存状态),必须施加反向磁感应强度达到BRP时,才能使电平产生变化。
四、霍尔传感器的应用
按被检测对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,这个磁场是被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量,例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电学量来进行检测和控制。
(一)线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如:
1.电流传感器
由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感。
霍尔电流传感器工作原理如图6所示,标准圆环铁芯有一个缺口,将霍尔传感器插入缺口中,圆环上绕有线圈,当电流通过线圈时产生磁场,则霍尔传感器有信号输出。
2.位移测量
如图7所示,两块永久磁铁同极性相对放置,将线性型霍尔传感器置于中间,其磁感应强度为零,这个点可作为位移的零点,当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时,传感器有一个电压输出,电压大小与位移大小成正比。
如果把拉力、压力等参数变成位移,便可测出拉力及压力的大小,如图8所示,是按这一原理制成的力传感器。
(二)开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。
1.测转速或转数
如图9所示,,在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢,霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处,圆盘旋转一周,霍尔传感器就输出一个脉冲,从而可测出转数(计数器),若接入频率计,便可测出转速。
如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上,当装在运动车辆上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。
2.各种实用电路
开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽,工作可靠,价格便宜,因此获得极为广泛的应用。下面列举两个实用电路加以说明:
电路1 防盗报警器
如图10所示,将小磁铁固定在门的边缘上,将霍尔传感器固定在门框的边缘上,让两者靠近,即门处于关闭状态时,磁铁靠近霍尔传感器,输出端3为低电平,当门被非法撬开时,霍尔传感器输出端3为高电平,非门输出端Y为低电平,继电器J吸合,Ja闭合,蜂鸣器得电后发出报警声音。
电路2 公共汽车门状态显示器
使用霍尔传感器,只要再配置一块小永久磁铁就很容易做成车门是否关好的指示器,例如公共汽车的三个门必须关闭,司机才可开车。电路如图11所示,三片开关型霍尔传感器分别装在汽车的三个门框上,在车门适当位置各固定一块磁钢,当车门开着时,磁钢远离霍尔开关,输出端为高电平。若三个门中有一个未关好,则或非门输出为低电平,红灯亮,表示还有门未关好,若三个门都关好,则或非门输出为高电平,绿灯亮,表示车门关好,司机可放心开车。
相关文章
温度传感器的应用:电熨斗与电饭锅结构及原理说明
由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器,可以把热信号转换成电信号进行自动控制,以下分享二个温度传感器的应用实例,即电熨斗与电饭锅的结构与工作原理说明,一起来看下。
时间:2022-03-29 06:47:01
光传感器的应用实例:火灾报警器的结构与工作原理详解
有关光传感器的知识,在火灾报警器中光传感器的应用广泛,火灾报警器由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成,以下是火灾报警器的工作原理及应用实例,供大家参考。
时间:2022-03-29 06:45:19
电容式传感器的工作原理及习题解答
有关传感器的知识,介绍了电容式传感器的工作原理,通过电容的变化确定指定物理量的变化,通过几个例题来学习下电容式传感器的应用实例,有需要的朋友参考下。
时间:2022-03-29 06:43:48
倾角传感器的精度指什么
随着倾角传感器的技术不断突破,倾角传感器的精度变得越来越小,在购买倾角传感器时可能会问倾角传感器的精度到底是指什么,在购买倾角传感器时必须购买精度相对小的倾角传感器吗,下面来了解下。
时间:2022-03-01 14:28:06
倾角传感器的类型,倾角传感器的基本参数
倾角传感器是姿态传感器的一种,主要应用在物体状态的水平检测,同时具备测量角度的大小,那么倾角传感器的类型有哪些,倾角传感器的五大基本参数是什么,下面一起来了解下。
时间:2022-02-28 14:17:51
倾角传感器选型时的注意事项
在倾角传感器选型过程中需要注意哪些问题,倾角传感器又又称为角度传感器,就是通过传感器技术来测量载体的角度,那么倾角传感器怎么选型,在选型时要注意什么问题,下面一起来看下。
时间:2022-02-28 14:11:47
倾角传感器的十大应用场合
倾角传感器用于各种测量角度的应用中,主要包括高精度激光仪器水平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、 船舶航行姿态测量、大坝检测、地质设备倾斜监测、雷达车辆平台检测、卫星通讯车姿态检测等方面,下面来看下。
时间:2022-02-28 14:07:31
倾角传感器在犁耕机上的安装应用
倾角传感器在犁耕机上的安装位置及作用,拖拉机-犁耕机包含履带自走式旋耕机、变速、不变速旋耕机、三点悬挂犁耕机和手扶中耕机几种不同的产品,以拖拉机悬挂机组耕深自动测量实现方法 – 倾角传感器为例。
时间:2022-02-28 14:01:02
- 上一篇:光纤传感器的分类与工作原理
- 下一篇:压力传感器的组成与工作原理