霍尔传感器是一种磁传感器。用它能够检测磁场及其改变,可在各种与磁场有关的场合中运用。霍尔传感器以霍尔效应为其作业根底,是由霍尔元件和它的隶属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常日子中有着十分广泛的运用。
如图1所示,在半导体薄片两头通以操控电流I,并在薄片的笔直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场,则在笔直于电流和磁场的方向上,将发生电势差为UH的霍尔电压,它们之间的关系为:
上述效应称为霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于1879年研讨载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
依据霍尔效应,人们用半导体资料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场灵敏、结构简略、体积小、频率响应宽、输出电压改变大和运用寿命长等长处,因而,在丈量、主动化、计算机和信息技术等范畴得到广泛的运用。
因为霍尔元件发生的电势差很小,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,是其间一种类型的外形图。
(一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟从器组成,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。
输出电压与外加磁场强度呈线的磁感应强度规模内有较好的线性度,磁感应强度超出此规模时则出现饱和状况。
如图4所示,其间BOP为作业点“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越动作点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,一向要降到释放点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牢靠。
别的还有一种“锁键型”(或称“锁存型”)开关型霍尔传感器,其特性如图5所示。
当磁感应强度超越动作点Bop时,传感器输出由高电平跃变为低电平,而在外磁场吊销后,其输出状况坚持不变(即锁存状况),有必要施加反向磁感应强度到达BRP时,才能使电平发生改变。
按被检测目标的性质可将它们的运用分为:直接运用和直接运用。前者是直接检测受检目标自身的磁场或磁特性,后者是检测受检目标上人为设置的磁场,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、视点、角速度、转数、转速以及作业状况发生改变的时刻等,转变成电学量来进行检测和操控。
因为通电螺线管内部存在磁场,其巨细与导线中的电流成正比,故能够运用霍尔传感器丈量出磁场,然后确认导线中电流的巨细。运用这一原理能够规划制成霍尔电流传感器。其长处是不与被测电路发生电触摸,不影响被测电路,不耗费被测电源的功率,特别适合于高电压、大电流传感。
霍尔电流传感器作业原理如图6所示,规范圆环铁芯有一个缺口,将霍尔传感器刺进缺口中,圆环上绕有线圈,当电流通过线圈时发生磁场,则霍尔传感器有信号输出。
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心,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,电压巨细与位移巨细成正比。
假如把拉力、压力等参数变成位移,便可测出拉力及压力的巨细,如图8所示,是按这一原理制成的力传感器。
(二)开关型霍尔传感器首要用于测转数、转速、风速、流速、挨近开关、关门奉告器、报警器、主动操控电路等。
如图9所示,在非磁性资料的圆盘边上粘一块磁钢,霍尔传感器放在接近圆盘边际处,圆盘旋转一周,霍尔传感器就输出一个脉冲,然后可测出转数(计数器),若接入频率计,便可测出转速。
假如把开关型霍尔传感器按预订方位有规则地安置在轨道上,当装在运动车辆上的永磁体通过它时,能够从丈量电路上测得脉冲信号。依据脉冲信号的散布能够测出车辆的运动速度。
开关型霍尔传感器尺度小、作业电压规模宽,作业牢靠,价格便宜,因而取得极为广泛的运用。下面罗列两个有用电路加以阐明:
如图10所示,将小磁铁固定在门的边际上,将霍尔传感器固定在门框的边际上,让两者接近,即门处于封闭状况时,磁铁接近霍尔传感器,输出端3为低电平,当门被不合法撬开时,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,蜂鸣器得电后宣布报警声响。
运用霍尔传感器,只需再装备一块小永久磁铁就很简单做成车门是否关好的指示器,例如公共轿车的三个门有必要封闭,司机才可开车。电路如图11所示,三片开关型霍尔传感器别离装在轿车的三个门框上,在车门恰当方位各固定一块磁钢,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,表明还有门未关好,若三个门都关好,则或非门输出为高电平,绿灯亮,表明车门关好,司机可定心开车。
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