检测与转换技术课件：第5章电压型传感器4（霍尔式）.ppt

《检测与转换技术课件：第5章电压型传感器4（霍尔式）》主要讲述了霍尔传感器的工作原理、组成、特性以及应用。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的器件，这种效应是当一个半导体薄片处于磁场中，且电流通过薄片时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势，即霍尔电势。以下是详细的知识点总结： 1. 霍尔效应：当磁场B垂直于半导体薄片，并且有电流I流过时，电子受到洛伦兹力的作用，偏向一侧形成霍尔电势UH。UH的大小与磁场B、宽度b、载流子浓度n和电流密度qv成正比。 2. 霍尔电势推导：UH = EHb = Bvb，其中vb是载流子的平均漂移速度。进一步推导得UH = IBK / R，其中K是霍尔系数，R是霍尔电阻。 3. 霍尔传感器的灵敏度：霍尔系数K表示霍尔电势与磁场和电流的比值，它反映了材料的性质。霍尔电势与激励电流I和磁感应强度B成正比，且电势方向随磁场方向改变。 4. 非垂直磁场的影响：若磁场不垂直于霍尔元件，而是与法线成θ角，霍尔电势变为UH = KHIBcosθ。 5. 激励电流限制：霍尔电势随激励电流I增大而增大，但过大的电流会导致元件功耗增加、温度上升，从而影响电势稳定性，甚至可能损坏元件。因此，每个霍尔元件都有最大激励电流IM限制，通常为20mA左右。 6. 霍尔传感器的组成：包括霍尔元件（由霍尔片、引线和壳体组成）、激励电源、测量电路和磁路装置。霍尔片通常采用N型半导体材料，如锗Ge、锑化铟InSb、砷化铟InSb等。 7. 应用特性： - 线性和开关应用：霍尔电势与控制电流I呈线性关系，可用于电流、磁场强度等物理量的测量。 - 微位移、压力、加速度和振动的测量：利用UH与B的关系。 - 钳形电流表原理：通过霍尔效应测量磁感应强度，进而计算电流，无需断开电路。 - 模拟乘法器：通过控制电流I1和励磁电流I2实现模拟乘法。 - 转速测量：导磁盘旋转时，霍尔元件输出的脉冲频率与转速成正比。 8. 应用实例：霍尔传感器广泛应用于电流测量、位移测量、转速测量、功率测量、磁强测量、振动分析等领域，具有非接触、结构简单、频率响应高等优点。 通过以上知识点，我们可以理解霍尔传感器的工作机制及其在各种实际应用中的优势。掌握这些原理对于理解和设计涉及磁场检测的电子系统至关重要。