霍尔式传感器（三）：磁场比例性、电场比例性与乘法类应用

霍尔式传感器（三）：磁场比例性、电场比例性与乘法类应用

本文件是霍尔式传感器系列的第三部分，系统介绍了霍尔传感器的三类应用模式：磁场比例性应用（磁场测量、微位移测量、转速测量、霍尔键盘）、电场比例性应用（电流测量）和乘法类应用（乘法运算）。重点阐述了霍尔式位移传感器的高分辨率特性、霍尔转速测量的脉冲计数原理、霍尔键盘的无触点开关优势，以及霍尔式加速度传感器的结构和工作原理。

主要内容

1. 磁场比例性应用

控制电流恒定时，利用霍尔电压与磁场间的线性关系（B在0.5T以下线性较好）。

• 磁场测量：利用U_H = K_H I B，制成霍尔式磁罗盘（磁力计）。
• 微位移测量：在极性相反、磁场强度相同的两个磁钢气隙中放入霍尔元件，霍尔电压与位移成线性关系（U_H = KΔz），分辨率达0.001mm，动态范围5mm，灵敏度30mV/mm以上。
• 加速度测量：将霍尔元件与质量块通过弹簧片固定，在惯性力作用下产生位移，霍尔电压与加速度成正比。
• 转速测量：利用霍尔开关特性，永磁体旋转产生脉冲，通过计数脉冲测量转速（r = N/(tn)），分辨率由永磁体数量n决定。
• 霍尔键盘：利用开关型集成霍尔传感器实现无触点键盘，消除机械抖动噪声，可靠性高、功耗低、寿命长。

2. 电场比例性应用

磁场强度恒定时，霍尔电压与控制电流之间具有很好的线性关系，典型应用是直接测量电流。

3. 乘法类应用

霍尔灵敏度恒定时，霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比（U_H = K I_1 I_2），实现乘法运算功能。

关键参数

• 位移测量分辨率：0.001mm
• 位移测量动态范围：5mm
• 位移测量灵敏度：30mV/mm以上
• 转速测量公式：r = N/(tn)（r/s）

开放问题

• 永磁体磁极方向随机分布时，霍尔元件输出波形变化规律及对转速测量准确性的影响。
• 永磁体分布不均匀但位置不重叠、数量不改变时对测量结果的影响。