➢ 霍尔电场作用于电子的力 FH eEH
式中霍尔电场强度为
EH
UH b
➢ 在磁场作用下导体中的自由 电子做定向运动。每个电子受 洛仑兹力作用被推向导体的另
一侧：
FL e B
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器 6.2.1 霍尔效应
➢当两作用力相等时电荷不再向两边积累达到动态平衡：
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
应用—工位定位：
➢ 使用霍尔传感器进行定位，霍尔传感器在检测到磁钢经 过传感器探头时，磁场的变化会使传感器输出脉冲信号。 ➢ 利用霍尔传感器的这一特性，我们将磁钢安装在自动化 生产流水线某几个特定的链板上，这样，当这些安装有磁 钢的链板经过传感器探头时，传感器就会“认出”这些链 板。
• 位移测量 • 测转速 • 测磁场 • 计数装置(导磁产品)
传感器原理及应用
磁 场 测 量
检缺口
检齿
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.4 霍尔传感器的应用
传感器原理及应用
1.霍尔传感器位移测量原理
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.4 霍尔传感器的应用
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
霍尔元件和磁体运动方式
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
应用
霍尔元件测位置
传感器原理及应用
霍 尔 元 件 测 角 度
第6章 磁电式传感器
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
6.2.5 霍尔集成传感器
实典型信号的相关分析
传感器原理及应用
➢ 霍尔晶体的外形为矩形薄片,有四根引线，
• 两端加激励，两端为输出，RL为负载电阻 ； • 电源E通过R控制激励电流 I； • B 磁场与元件面垂直（向里）
➢ 实测中可把 I×B 作输入， 也可把 I 或 B单独做输入； 通过霍尔电势输出测量结果。
➢ 输出UH与I或B成正比关系， 或与 I×B 成正比关系。
B0(10.2732B2)
ρ0 — 零磁场电阻率， ρB — B磁场电阻率
第6章 磁电式传感器
6.3 磁敏传感器 6.3.1 磁敏电阻
传感器原理及应用
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.3 磁敏传感器 6.3.1 磁敏电阻
➢ 而霍尔电场作用会抵消洛伦兹力,磁阻效应被大大减弱,但仍 然存在。由于霍尔电场强度与导体薄片的宽度b成反比关系， 所以磁阻元件的电阻率与几何尺寸有关：
2.霍尔压力传感器结构原理
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
6.2.4 霍尔传感器的应用
3.交直流钳形数字电流表
➢ 环形磁集束器作用是将载流导体中被 测电流产生的磁场集中到霍尔元件上， 以提高灵敏度。
➢ 霍尔元件的磁感应强度Ｂ与导线电流
成正比，B∝ IX，可求出测量电路的霍尔 输出电势，输出电势与导线电流成正比。
敏元件，主要用于磁场 检测;
➢ 而与人们相关的磁场 范围很宽，一般的磁敏 传感器检测的最低磁场 只能测到10-6高斯。
磁场强度与磁场源的分布
第6章 磁电式传感器
传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器
➢ 测磁的方法：
①利用电磁感应作用的传感器（强磁场） 如：磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器； ②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件测量磁场； ③利用超导效应传感器，SQVID 约瑟夫元件； ④利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。 ⑤利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器；
应用：
汽 车 转 速 测 量
?
?
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
➢利用霍尔元件实现的编码计 数典型电路。（晶体管、集成 电路）。 ➢ 随磁鼓上永久磁体的极性 （N、S）变化，霍尔元件c、d 端输出电压的极性（正、负） 也发生变化，通过整形输出， 获得近似矩形的脉冲信号。 ➢根据磁鼓上永久磁体数量多 少，可获得磁鼓旋转一周的脉 冲数目，从而进行与旋转有关 的参数测量和控制。
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
传感器原理及应用
应用 ：霍尔计数装置 传感器可输出峰பைடு நூலகம்20mV脉冲电压
S N SL3051
1K
470K
+ VCC
470K
计数器
LM741
VT
+ 12V
C 22μ
10K
11K
钢珠
绝缘传送带
霍尔元件 N
S
磁钢
信号输出
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器 6.2.1 霍尔效应
➢ 讨论：
• 任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件;
• 金属材料因电子浓度n很高，RH很小，UH很小; • 绝缘材料电阻率ρ很大，但电子迁移率μ很小，不适用； • 半导体材料电阻率ρ较大，电子迁移率μ适中，非常适于做霍尔元件；
半导体中电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型 半导体（多电子）;
6.2 霍尔式传感器 6.2.3 霍尔传感器的误差及补偿
传感器原理及应用
• 具体补偿方法:在霍尔元件上并联一分流电阻Rp
当
RIN
IH
IP
UH
T
➢由于恒流源电流I不变，Rp自动增加分流，使Ip增大，
IH 下降，UH下降；补偿电阻Rp可选择负温度系数.
T
RP
IP
IH
UH
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.4 霍尔传感器的应用
• 由霍尔灵敏度可见，厚度d 越小霍尔灵敏度KH越大，所以霍尔元件通常
做的较薄，近似1微米( d≈1μm )，工作电压很低。
UH KHIB
RH
1 ne
KH
RH d
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.2 霍尔传感器基本电路
传感器原理及应用
霍尔元件外形和符号
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.2 霍尔传感器基本电路
FH FL
霍尔电势：
eEH eB
UH Bb
E
H
UH b
通过（半）导体薄片的电流 I与下列因素有关：
Inebd n — 载流子浓度， v —电子运动速度， b d —导体薄片横截面积 ， e — 为电子电荷量。
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.1 霍尔效应
传感器原理及应用
• 恒流源补偿：
由 UH = KH I B 可见，恒流源 I 供电可使UH稳定， 但灵敏度系数 KH = RH/d = ρμ/d 也是温度的函数， 温度T变化时，灵敏度KH也变化。
➢多数霍尔器件是正温度系数，T KH ，可通过减小 I 保持 KH×I 不变，抵消温度造成KH增加的影响。
第6章 磁电式传感器
ＵH = KHＩC B = KHＩCKBIX ＫＨ 霍尔元件灵敏度； ＩC 控制电流, ＩX为导线电流； KB 为比例系数；KHＩc KB 为一定值；
钳口
导线电流 IX
磁集束器 霍尔元件
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器 —— 线性、开关
1.线性霍尔集成电路(测位移、测振动)
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器 6.2.3 霍尔传感器的误差及补偿
(1) 不等位电势
UH KHIB
➢ 当霍尔元件通以激励电流I时，若磁场 B=0，理论上
霍尔电势 UH=0, 但实际 UH≠0，这时测得的空载电势称 不等位电势 U0 。 产生的原因：
霍尔引出电极安装不对称不在 同一等位面上，或激励电极接 触不良。
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.3 磁敏传感器
磁敏元件也是基于磁电转换原理,60年代西门子公司
研制了第一个磁敏元件,68年索尼公司研制成磁敏二极管, 目前磁敏元件应用广泛。
磁敏传感器主要有： 磁敏电阻； 磁敏二极管；
磁 敏
磁敏三极管；
元
霍尔式磁敏传感器。
件
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
➢ 开关型有常开、常闭型两种
霍尔开关元件性能演示
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
3. 应用
传感器原理及应用
TTL COMS LED 集成霍尔元件及接口电路
第6章 磁电式传感器
6.2 霍尔式传感器 6.2.5 霍尔集成传感器
传感器原理及应用
霍尔元件作无触点开关
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
代入后： U HB bn Ie B dR HId BK HIB Inebd
☻ 可见霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比
霍尔常数
RH
1 ne
与材料有关
霍尔灵敏度
KH
RH d
与薄片尺寸有关
式中：ρ—电阻率、n—电子浓度、μ—电子迁移率 μ=υ/E 单位电场强度作用下载流子运动速度。
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
➢ 特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。
磁
电
学 量
磁敏传感器
信 号
第6章 磁电式传感器 传感器原理及应用
6.2 霍尔式传感器 6.2.1 霍尔效应
➢1878年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应，因 为太弱没有得到应用。随着半导体技术的发展，人们发现半 导体材料的霍尔效应非常明显，并且体积小有利于集成化。
传感器原理及应用