上海交通大学：《检测技术基础 Fundamentals of Test & Measurement Technology》课程教学资源_检测技术B_4.4.2 磁量检测技术

4.4.2磁量检测技术 •磁敏式传感器是利用固体中的磁电转换效应 为基础 •该类传感器主要有霍尔传感器、磁阻传感器、 磁敏二极管和磁敏三极管等。 •霍尔元件及霍尔传感器是磁电传感器中生产 量最大的一种，它除用于无刷直流电机中以 外，还用于测量转速、流量、流速，及利用 它制成高斯计、电流计、功率计等仪器

4.4.2 磁量检测技术 •磁敏式传感器是利用固体中的磁电转换效应 为基础 •该类传感器主要有霍尔传感器、磁阻传感器、 磁敏二极管和磁敏三极管等。 •霍尔元件及霍尔传感器是磁电传感器中生产 量最大的一种，它除用于无刷直流电机中以 外，还用于测量转速、流量、流速，及利用 它制成高斯计、电流计、功率计等仪器

一、霍尔式传感器

一、霍尔式传感器

1.霍尔效应 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向 与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流 和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种 现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势 Un=IB=KnIB I-激励电流 B-磁感应强度 R-霍尔系数 K-霍尔片的灵敏度 d-霍尔片的厚度 U

1．霍尔效应 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向 与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流 和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种 现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势 I--激励电流 B--磁感应强度 RH--霍尔系数 KH--霍尔片的灵敏度 d--霍尔片的厚度 d HIBKIBU R H H ==

常用的霍尔元件材料 霍尔系数等于霍尔片材料的电阻率与电子 迁移率的乘积。为提高灵敏度，要求霍尔 片材料有高电阻率和载流子迁移率。 一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻 率很小 而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率 极低 ·只有半导体材料适于制造霍尔片 目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷 化铟、锑化铟和砷化镓等半导体材料

常用的霍尔元件材料 • 霍尔系数等于霍尔片材料的电阻率与电子 迁移率的乘积。为提高灵敏度，要求霍尔 片材料有高电阻率和载流子迁移率。 • 一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻 率很小 • 而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率 极低 • 只有半导体材料适于制造霍尔片 • 目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷 化铟、锑化铟和砷化镓等半导体材料

2.霍尔元件基本结构 两个侧面正中各分出一个电极，用于加激励电压或电 流，称激励电极（控制电极），另两个侧面正中引出霍 尔电势，称霍尔电极。在基片外面用金属或陶瓷环氧 树脂等封装作为外壳 霍尔元件的基本电路 霍尔元件的符号

2．霍尔元件基本结构 两个侧面正中各分出一个电极，用于加激励电压或电 流，称激励电极(控制电极)，另两个侧面正中引出霍 尔电势，称霍尔电极。在基片外面用金属或陶瓷环氧 树脂等封装作为外壳 霍尔元件的符号 霍尔元件的基本电路

3.温度补偿 半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度随温度 变化而变化。因此，使霍尔元件的霍尔电压及内阻 也随温度变化 在电路上可以采用恒流供电方法来使控制电流不变， 并可按图所示外接一电阻方法进行温度补偿，并联电 阻R的计算公式为 R=B RIN/C 式中 α一霍尔电压温度系数 B一霍尔元件电阻温度系数 R一霍尔元件输入电阻 霍尔电压温度补偿

霍尔电压温度补偿 3．温度补偿 半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度随温度 变化而变化。因此，使霍尔元件的霍尔电压及内阻 也随温度变化。 在电路上可以采用恒流供电方法来使控制电流不变， 并可按图所示外接一电阻方法进行温度补偿，并联电 阻R的计算公式为 R=βRIN/α 式中 α—霍尔电压温度系数 β—霍尔元件电阻温度系数 RIN—霍尔元件输入电阻

4.不等位电势和不等位电阻 ·当霍尔元件的激励电流为时，若元件所处位置磁感 应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为 零。这时测得的空载霍尔电势称不等位电势 •产生这一现象的原因有：霍尔电极安装位置不对称或 不在同一等电位面上、材料不均匀或工艺不良等 •不等位电势与额定控制电流之比称为不等位电阻R。 •A、B为激励电极，C、D为霍尔电极，极间分布电阻 R1~R4R1=R2=R3=R4,即可使得零位电势为零 实际上，由于不等位电阻的 R1 R2 存在，说明此四个电阻值不 相等，可将其视为电桥的四 B 个桥臂.则电桥不平衡 R3 R4 D

4.不等位电势和不等位电阻 • 当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感 应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为 零。这时测得的空载霍尔电势称不等位电势 •产生这一现象的原因有：霍尔电极安装位置不对称或 不在同一等电位面上、材料不均匀或工艺不良等 •A、B为激励电极，C、D为霍尔电极，极间分布电阻 R1~R4。 R1 ＝R2＝R3＝ R4 ，即可使得零位电势为零 •实际上，由于不等位电阻的 存在，说明此四个电阻值不 相等，可将其视为电桥的四 个桥臂．则电桥不平衡 •不等位电势与额定控制电流之比称为不等位电阻R。 R1 R2 R3 R4 A B C D I

不等位电势Vo的补偿 B (a) (b) 为使其达到平衡可在阻值较大的桥臂上并联电阻（图 (a),或在两个桥臂上同时并联电阻（图(b)、(c) (c)

为使其达到平衡可在阻值较大的桥臂上并联电阻 ( 图 (a))，或在两个桥臂上同时并联电阻 ( 图(b) 、(c)) 不等位电势Vo的补偿 (c)

5.霍尔式传感器的应用 ·优点： 结构简单、体积小、动态特性好 和寿命长 当控制电流一定时，霍尔电势与磁感应 强度成正比，利用此规律可测交流、直 流磁感应强度和磁场强度 当固定磁场强度和方向时，可用来测交 流、直流的电压、电流等

5.霍尔式传感器的应用 • 优点：结构简单、体积小、动态特性好 和寿命长 • 当控制电流一定时，霍尔电势与磁感应 强度成正比，利用此规律可测交流、直 流磁感应强度和磁场强度 • 当固定磁场强度和方向时，可用来测交 流、直流的电压、电流等

I.霍尔传感器测电流 霍尔传感器广泛用于测量电流 ●可以制成电流过载检测器或过载保护装置 ●在电机控制驱动中，作为电流反馈元件，构 成电流反馈回路 ●构成电流表：100kA以上 ●可测电子束、离子束等

I.霍尔传感器测电流 霍尔传感器广泛用于测量电流 ●可以制成电流过载检测器或过载保护装置 ●在电机控制驱动中，作为电流反馈元件，构 成电流反馈回路 ●构成电流表：100kA以上 ●可测电子束、离子束等