霍尔传感器
传感器第二课堂
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传感器是一门知识密集型技术，传感器的原理各种各样，它与许多学科有关，种类繁多，分类方法也很多，广泛采用的分类方法有如下几种：
1)按照传感器的工作机理，可分为物理型、化学型、生物型等类型。
2)从构成原理，可分为结构型和物性型两大类型。
①结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括力场运动定律、电磁场电磁定律等。对于传感器而言，这种方程式也是其工作时的数学模型，这类传感器的特点是其性能与结构材料没有多大关系，如差动变压器。
②物性型传感器是利用物质定律构成的，如欧姆定律等。物质定律是表示某些客观性质的法则，多数以物质本身的常数形式表示，代表了传感器的主要性能，因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异，如光电管、半导体传感器等。
3)按照物理原理，可分为电参量式传感器(包括电阻式、电感式、电容式等基本形式)、磁电式传感器(包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等)、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器(包括超声波式、微波式等)、射线式传感器、半导体式传感器，以及其他原理的传感器(如振弦式和振筒式等)。有些传感器的工作原理具有两种以上的复合形式，如一些半导体式传感器。
4)按传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器。
①能量控制型传感器在信息变换过程中，其能量需外电源供给，如电阻、电感、电容等电路参量传感器都属于这一类传感器。
②能量转换型传感器主要是由能量变换元件构成，它不需要外电源，如基于压电效应、热电效应、光电效应、霍尔效应等原理构成的传感器属于此类传感器。
5)按传感器的应用，分为位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器等。
本篇我们来讲讲霍尔传感器。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
1、线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
2、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。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
霍尔传感器还有以下几个优点：
1、 霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的，它一般只适用于测量50Hz正弦波；
2、 原边电路与副边电路之间有良好的电气隔离，隔离电压可达9600Vrms；
3、精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量；
4、线性度好：优于0.1%；
5、宽带宽：高带宽的电流传感器上升时间可小于1μs；但是，电压传感器带宽较窄，一般在15kHz以内，6400Vrms的高压电压传感器上升时间约500uS，带宽约700Hz。
6、测量范围：霍尔传感器为系列产品，电流测量可达50KA，电压测量可达6400V。
霍尔电流传感器使用时，需遵循以下注意事项：
1、为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径。
2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈，且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路，则其磁路被磁化，而产生剩磁，影响测量精度（故使用时要先接通电源和测量端M），发生这种情况时，要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源，而在原边线圈中通一同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值。
3、霍尔传感器都具有较强的抗外磁场干扰能力，但是，为了获得较高的测量准确度，当有较强的磁场干扰时，要采取适当的措施来解决。通常方法有：
·调整模块方向，使外磁场对模块的影响最小；
·在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩。
4、测量的最佳精度是在额定值下得到的，当被测电流远低于额定值时，要获得最佳精度，原边可使用多匝，但是，需要注意导线的空间位置。
——八班 陈同学
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