發布日期：2022-10-09 點擊率：46
現代檢測技術論文
測控11-2班
范國霞
緒論
現代技術關于速度的測量方法多種多樣，其中包括線速度和角速度兩個方面，速度和轉速測量在工業農業、國防中有很多應用，如汽車、火車、輪船及飛機等行駛速度測量；發動機、柴油機、風力發電機等輸出軸的轉速測量等等。其中有微積分轉換法，線速度與角速度轉換方法，時間位移方法等等，下面我所介紹的是霍爾傳感器對于速度的測量方法。霍爾式傳感器是基于霍爾效應原理設計的傳感器.
關鍵字：霍爾效應，霍爾傳感器
霍爾傳感器
霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器。1879年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中發現了霍爾效應，但由于金屬材料的霍爾效應太弱而沒有得到應用，隨著半導體技術的發展，開始用半導體材料制成霍爾元件，由于他的霍爾效應顯著而得到了應用和發展。在了解霍爾傳感器之前先了解一下什么是霍爾元件以及它的基本特性。
霍爾元件的結構很簡單，它是由霍爾片、四根引線和殼體組成的，如圖1所示。
圖1
霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片，引出四根引線：1、1ˊ兩根引線加激勵電壓或電流，稱激勵電極；2、2ˊ引線為霍爾輸出引線，稱霍爾電極。霍爾元件的殼體是用非到此金屬、陶瓷或環氧樹脂封裝的。在電路中，霍爾元件一般可用兩種符號表示，如圖1（b）所示。
霍爾元件的基本特性
（1）額定激勵電流和最大允許激勵電流 當霍爾元件自身溫度升高10℃所流過的激勵電流成為額定激勵電流。以元件允許最大溫升為限定的激勵電流稱為最大允許激勵電流。因霍爾電勢隨激勵電流增加而線性增加，所以使用中希望選用盡可能大的激勵電流，因而需要知道元件的最大允許激勵電流。
（2）輸入電阻和輸出電阻 激勵電極間的電阻稱為輸入電阻。霍爾電極輸出電勢對電路外部來說相當于一個電壓源，其電源內阻即為輸出電阻。
（3）不等位電勢及不等為電阻 當霍爾元件的激勵電流為I時，若元件所處位置磁感應強度為零，則它的霍爾電勢應該為零，但實際不為零。這是測得的空載電勢稱為不等位電勢。
（4）寄生直流電勢 再外加磁場為零、霍爾元件用交流激勵時，霍爾電極輸出除了交流不等位電勢外，還有一直流電勢，稱為寄生直流電勢。
（5）霍爾電勢溫度系數 在一定磁感應強度和激勵電流下溫度每變化1℃時，霍爾電勢變化的百分率稱為霍爾電勢溫度系數。他同時也是霍爾系數的溫度系數。
霍爾傳感器測速原理：
電流的測量采用磁平衡式霍爾電流傳感器 傳感器可測量從直流到100kHz的交流量在自動測控系統中,常需要測量和顯示有關電參量。目前大多數測量系統仍采用變壓器式電壓、電流互感器,由于互感器的非理想性,使得變比和相位測量都存在較大的誤差,常需要采用硬件或軟件的方法補償,從而增加了系統的復雜性。 采用霍爾檢測技術,可以克服互感器這些缺點,能測量從直流到上百千赫茲的各種形狀的交流信號,并且達到原副邊不失真傳遞,同時又能實現主電路回路和電子控制電路的隔離,霍爾傳感器的輸出可直接與單片機接口。 因此霍爾傳感器已廣泛應用于微機測控系統及智能儀表中,是替代互感器的新一代產品。在此提出了利用霍爾傳感器對電參量特別是對高電壓、大電流的參數的測量。 l測量原理 霍爾效應原理 如圖所示,一個N型半導體薄片,長度為L,寬度為S,厚度為d,在垂直于該半導體薄片平面的方向上,施加磁感應強度為B的磁場,若在長度方向通以電流Ic則運動電荷受到洛倫茲力的作用,正負電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向導體兩端移動,并在導體兩端形成一個穩定的電動勢UH,這就是霍爾電動勢(或稱之為霍爾電壓),這種現象稱為霍爾效應。霍爾電壓的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R為霍爾常數；KH為霍爾元件的乘積靈敏度。 2用霍爾傳感器測量電參量的原理 由霍爾電壓公式可知：對于一個成型的霍爾傳感器,乘積靈敏度KH是一恒定值,則UHICB,只要通過測量電路測出UH的大小,在B和IC兩個參數中,已知一個,就可求出另一個,因而任何可轉換成B或J的未知量均可利用霍爾元件來測量,任何轉換成B和I乘積的未知量亦可進行測量。電參量的測量就是根據這一原理實現的。 若控制電流IC為常數，磁感應強度B與被測電流成正比，就可以做成霍爾電流傳感器測電流，若磁感應強度B為常數，IC與被測電壓成正比，可制成電壓傳感器測電壓，利用霍爾電壓、電流傳感器可測交流電的功率因數、電功率和交流電的頻率。 由UH=KICB可知：若IC為直流，產生磁場B的電流IO為交流時，UH為交流；若IO亦為直流，則輸出也為直流。當IC為交流，IO亦為直流時，輸出與IC同頻率的交流且其幅值與被測直流IO大小成正比，改變被測電流IO的方向，輸出電壓UH極性隨之改變。故利用霍爾傳感器，既可對直流量進行測量，亦可對交流量進行測量。 系統結構簡圖 檢測系統
霍爾傳感器測速原理：
?
電流的測量采用磁平衡式霍爾電流
傳感
器
傳感器
可測量從直流到
100kHz
的交流量在自
動測控系統中
,
常需要測量和顯示有關電參量。目前大多數測量系統仍采用
變壓器
式電壓、
電流互感器
,
由于互感器的非理想性
,
使得變比和相位測量都存在較大的誤差
,
常需要采用硬
件或軟件的方法補償
,
從而增加了系統的復雜性。
?
?
采用霍爾檢測技術
,
可以克服互感器這些缺點
,
能測量從直流到上百千赫茲的各種形狀的
交流信號
,
并且達到原副邊不失真傳遞
,
同時又能實現主
電路
回路和電子
控制
電路的隔離
,
霍
爾傳感器的輸出可直接與
單片機
接口。
?
?
因此霍爾傳感器已廣泛應用于微機測控系統及智能儀表中
,
是替代互感器的新一代產
品。在此提出了利用霍爾傳感器對電參量特別是對高電壓、大電流的參數的測量。
l
測量原理
?
?
1
霍爾效應原理
?
?
如圖
1
所示
,
一個
N
型半導體薄片
,
長度為
L,
寬度為
S,
厚度為
d,
在垂
直于該半導體薄片平面的方向上
,
施加磁感應強度為
B
的磁場
,
若在長度方向通以電流
Ic
則運
動電荷受到洛倫茲力的作用
,
正負電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向導體兩端移動
,
并
在導體兩端形成一個穩定的電動勢
UH,
這就是霍爾電動勢
(
或稱之為霍爾電壓
),
這種現象稱
為霍爾效應。霍爾電壓的大小
UH=RIB/d=KHICB,
其中
R
為霍爾常數；
KH
為霍爾元件的乘
積靈敏度。
?
?
2
用霍爾傳感器測量電參量的原理
?
?
由霍爾電壓公式可知：對于一個成型的霍爾傳
感器
,
乘積靈敏度
KH
是一恒定值
,
則
UH
∝
ICB,
只要通過測量電路測出
UH
的大小
,
在
B
和
IC
兩個參數中
,
已知一個
,
就可求出另一個
,
因而任何可轉換成
B
或
J
的未知量均可利用霍爾元件
來測量
,
任何轉換成
B
和
I
乘積的未知量亦可進行測量。電參量的測量就是根據這一原理實
現的。
?
?
若控制電流
IC
為常數，磁感應強度
B
與被測電流成正比，就可以做成霍爾電流傳感器
測電流，若磁感應強度
B
為常數，
IC
與被測電壓成正比，可制成電壓傳感器測電壓，利用
霍爾電壓、電流傳感器可測交流電的功率因數、電功率和交流電的頻率。
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2022中國(深圳)國際半導體展覽會是新材料展旗下重要的項目專題展，將集中展示半導體行業及應用的最新產品與技術，為企業樹立品牌形象，促進貿易合作、市場開發，引領行業趨勢，加強生產、研發、銷售互動，深入洞悉半導體市場未來發展新風向，以發展的眼光挖掘未來半導體市場的新需求，創新展會內涵，全方位、多層次組織專業觀眾，為參展企業和參會客商提供了一個技術交流、產品展示和貿易洽談的最佳平臺。
霍爾傳感器測速的原理是：
1、利用霍爾效應與集成電路技術結合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信息有關的物理量。霍爾效應：在金屬或半導體薄片的兩端通過控制電流，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為應強度為磁場那么，在垂直于電流和磁場方向向上將產生電動勢場霍爾電壓。
2、霍爾元件：根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。<
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