2 霍尔式压力传感器的结构 常见的霍尔式压力传感器有 YSH-l 型和 YSH-3 型两种。右图 所 示 为 YSH-3 型 压 力传感器结 构示意图。被测压力由弹簧管 1 的固定端引入，弹簧管自由 端与霍尔片 3 相连接，在霍尔 片的上下垂直安放着两对磁极， 使霍尔片处于两对磁极所形成 的非均匀线性磁场中，霍尔片 的四个端面引出四根导线，其 中与磁钢 2 相平行的两根导线 与直流稳压电源相连接，另两 根用来输出信号。
1、 金属应变片的工作原理
导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其 电阻值会相应地发生变化，这种现象称为应变效应。 下图所示的金属电阻丝，在其未受力时，假设其初始电阻 值为：
ρl R A
ρ为 电阻丝的电阻率； l 为 电阻丝的长度； A为电阻丝的截面积。
当电阻丝受到轴向的拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积 相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而 改变了Δρ，从而引起的电阻值相对变化量为:
第三次作业题
1 为什么具有均匀壁厚的圆形弹簧管不能作为测 压元件？ 2 试推导出单管弹簧管压力表静态特性关系式， 并说明各物理量的含义。 3 自学教材P65~P69的“2.6 压电式检测元件” 4 什么是“霍尔效应”？试述霍尔式压力传感器 的转换原理。
第五节
1. 2. 3. 4. 5.
应变式压力传感器
能产生霍尔效应的导体或半导体的薄片就称为霍尔元 件或霍尔片。 霍尔电势VH的大小与霍尔片的材料、几何尺寸、所通 过的电流 (称控制电流)、磁感应强度B等因素有关， 可用下式表示 VH=RHIBf(l/b)/d= KHIB 式中 RH—霍尔系数; d—霍尔片厚度; b—霍尔片的电流通入端宽度; l—霍尔片的电势导出端宽度; f(l/b)—霍尔片的形状系数; KH—霍尔片的灵敏度系数，KH=RHf(l/b)/d， mV/(mA· T)。
一、金属应变Βιβλιοθήκη 压力传感器金属应变片原理 金属应变片的结构和主要参数 金属电阻应变片的温度误差及补偿方法 金属电阻应变片电桥电路 应变式压力传感器
二、压阻式压力传感器
1. 传感器原理 2. 硅压阻式传感器
一、金属应变片压力传感器
金属应变片又称为金属电阻应变片，它是能将机械构 件上应变的变化转变为电阻变化的传感元件，它与相 应的测量电路可组成测力、测压、称重、测位移、测 加速度等测量系统，目前它是国内外应用数量较多的 一种传感元件。
当有压力作用，则霍尔片偏离极 靴间的中央平衡位置，霍尔片两 半部分所产生的两个极性相反的 电势大小不相等，从整块霍尔片 导出的总电势不为零。压力越大， 输出电势越大。沿霍尔片偏离方 向上的磁感应强度的分布呈线性 状态，故霍尔片两端引出的电势 与霍尔片的位移成线性关系。即 实现了霍尔片位移和霍尔电势的 线性转换。
3 霍尔式压力传感器的使用 传感器应垂直安装在机械振动尽可能小的场所， 且倾斜度要小。当环境介质易结晶或粘度较大 时，应加装隔离器。通常情况下，以使用在测 量上限值 1/2 左右为宜，且瞬间超负荷应不大 于测量上限的二倍。由于霍尔片对温度变化比 较敏感，当使用环境温度偏离仪表规定的使用 温度时要考虑温度附加误差，要采取恒温措施 (或温度补偿措施)。此外还应保证直流稳压电 源具有恒流特性，以保证电流的恒定。
由上式可知，霍尔电势VH与磁感应强度B、控制电流I成 正比。根据霍尔电势VH与磁感应强度B、控制电流I的乘 积成正比的特性，霍尔传感器得到广泛的应用。制作霍 尔片的材料有锗(Ge)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等 半导体或化合物半导体。与半导体相比，金属的霍尔效 应很微弱，一般较少采用。
一、霍尔效应与霍尔元件
根据物理学原理，在磁场中运动的带电粒子必然要受 到力的作用。
设有一个N型(硅)半导体薄片，在Z轴 方向施加一个磁感应强度为B的磁场， 在其y轴方向通入电流I，此时N型(硅) 半导体薄片内有带电粒子沿y轴方向 运动，如图所示。于是带电粒子将受 到洛仑兹力F的作用而偏离其运动轨 迹，电子的运动轨迹朝X轴负方向偏 转,如图虚线所示。造成霍尔片左端 面产生电子过剩呈负电位，而右端面 则相应地显示出正电位。因而在霍尔 片的x轴方向形成了电场，该电场力 与洛仑兹力方向相反,随着电子积累 越多，电场力也越大，电场力与洛仑 兹力相等时，电子积累达到动态平衡， 这时X方向的电位差就称为“霍尔电 势”VH。这一物理现象称为“霍尔效 应”。
当被测压力引入后，弹簧 管自由端产生位移，从而 带动霍尔片移动，改变了 施加在霍尔片上的磁感应 强度，依据霍尔效应进而 转换成霍尔电势的变化， 达到了压力—位移—霍尔 电势的转换。为了使VH与B 成单值函数关系，电流不 必须保持恒定。为此，霍 尔式压力传感器一般采用 两级串联型稳压电源供电， 以保证控制电流I的恒定。
二、霍尔式压力传感器
1 工作原理 在使用的霍尔式压力传感器中，均采用恒定电流I，而 使B的大小随被测压力p变化达到转换目的。 (1)压力-霍尔片位移转换 将霍尔片固定在弹簧管自由端。当被测压力作用于弹 簧管时，把压力转换成霍尔片线性位移。
(2)非均匀线性磁场的产生 为了达到不同的霍尔片位移，施加 在霍尔片的磁感应强度 B不同，又 保证霍尔片位移-磁感应强度B线性 转换，就需要一个非均匀线性磁场。 非均匀线性磁场是靠极靴的特殊几 何形状形成的，如右图所示。 (3)霍尔片位移-霍尔电势转换 由图可知，当霍尔片处于两对极靴 间的中央平衡位置时，由于霍尔片 左右两半所通过的磁通方向相反、 大小相等，互相对称，故在霍尔片 左右两半部分上产生的霍尔电势也 大小相等、极性相反，因此，从整 块霍尔片两端导出的总电势为零。
第四节 电测法测压原理和霍尔式压力传感器
应用电测法测量压力的方法是通过转换元件直接把被 测压力变换为电信号，它可以利用某些机械和电气元 件实现这一变换。 霍尔式压力传感器是以“霍尔效应”为基础的电气式 压力表。它主要由弹性元件和霍尔元件构成。这类仪 表有较高的灵敏度，并能远传指示。但因霍尔元件受 温度影响较大，其本身的稳定性又受工作电流的影响， 所以精度不太高。