不等位电动势
不等位电动势是霍尔元件在未加磁场时,因制造工艺缺陷而在霍尔电极间产生的微小电压。它是霍尔元件最主要的零位误差源,与霍尔电动势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电压。
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不等位电动势是霍尔元件在未加磁场时,因制造工艺缺陷而在霍尔电极间产生的微小电压。它是霍尔元件最主要的零位误差源,与霍尔电动势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电压。
乘法类应用是霍尔传感器的三种应用模式之一,指利用霍尔电压与控制电流及外加磁场磁感应强度的乘积成正比的特性,实现乘法运算功能。
开关型集成霍尔传感器是一种将霍尔元件与信号处理电路集成在同一芯片上的半导体器件,其输出电压在特定区域随磁场强度迅速增加,输出数字量(开关信号)。在霍尔键盘中,开关型集成霍尔传感器作为无触点开关,键被按下时磁场作用于传感器形成开关动作,具有工作可靠、功耗低、使用寿命长的特点。
弹簧片是霍尔式加速度传感器中的弹性元件,用于连接质量块和传感器壳体。当被测物体做加速度运动时,质量块在惯性力作用下使弹簧片自由端产生位移,从而带动霍尔元件在梯度磁场中移动,产生与加速度成正比的霍尔电压输出。
恒流源是一种能提供稳定输出电流的电源电路,其输出电流不随负载电阻或输入电压的变化而变化。在霍尔元件的温度补偿中,采用稳定度±0.1%的恒流源供电,可以减小因输入电阻随温度变化引起的激励电流变化所带来的温度误差。
数字频率计是一种用于测量信号频率的电子测量仪器。在霍尔转速测量中,数字频率计用于接收霍尔元件产生的脉冲信号,计数单位时间内的脉冲数目,从而推算出被测物体的旋转速度。
永磁体是能够长期保持磁性的磁体,在霍尔传感器应用中作为产生磁场的核心组件。在霍尔转速测量中,永磁体粘贴在旋转体上,随旋转体转动产生周期性磁场变化,使霍尔元件产生脉冲信号。在霍尔键盘中,永磁体安装在键帽下方,键被按下时磁场作用于霍尔传感器形成开关动作。
洛伦兹力是运动电荷在磁场中受到的力,是霍尔效应的直接物理原因。
电场比例性应用是霍尔传感器的三种应用模式之一,指在磁场强度恒定时,利用霍尔电压与控制电流之间具有良好的线性关系特性进行测量。典型应用是直接测量电流。
砷化铟(InAs)是一种IIIV族化合物半导体材料,具有较小的温度系数。在霍尔元件制造中,使用砷化铟可以从材料层面减小温度误差,是霍尔元件温度补偿的材料选择方案之一。
磁场比例性应用是霍尔传感器的三种应用模式之一,指在控制电流恒定时,利用霍尔电压与磁场强度之间的线性关系(B在0.5T以下线性较好)进行测量。这是霍尔传感器最广泛的应用模式。
磁敏式传感器是一类利用磁场与物质相互作用进行测量的传感器,主要包括霍尔式传感器、磁阻传感器、磁敏二极管和磁敏三极管等类型。
磁钢是霍尔式位移传感器和霍尔式加速度传感器中用于产生梯度磁场的磁性组件。在位移测量中,两个极性相反、磁场强度相同的磁钢形成对称气隙,霍尔元件在其中移动时产生与位移成线性关系的霍尔电压。在加速度测量中,一对同极性相对的磁钢固定在传感器壳体上,位于霍尔元件两边。
霍尔元件是基于霍尔效应工作的核心器件,由霍尔片、引脚和壳体三部分组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片,典型尺寸为4mm×2mm×0.1mm,在长度方向焊有两根控制电流端引线(激励电极),在另两侧端面的中央对称地焊有两根输出引线(霍尔电极)。壳体用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。它利用载流子在磁场中受洛伦兹力作用产生电位差的原理,将磁信号转换为电信号。
霍尔元件温度补偿是针对温度变化引起霍尔元件性能漂移而采取的电路设计技术。温度变化会影响霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率以及霍尔系数,导致霍尔电压和灵敏度发生变化。
霍尔开关器件是霍尔元件的一种功能分类,其输出电压在特定区域随磁感应强度B迅速增加,输出为数字量。开关特性随磁体本身的材料及形状不同而异,低磁场时磁通饱和。
本文件是教材《传感器与检测技术》中关于霍尔式传感器的第一部分内容,系统介绍了霍尔效应的物理原理、数学推导、材料选择依据以及霍尔元件的基本结构。
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。
本文件是霍尔式传感器系列的第二部分,重点介绍霍尔元件的基本特性(线性/开关特性、不等位电阻、负载特性、温度特性)、误差分析(零位误差和温度误差)以及工程补偿方法(不等位电动势补偿和温度误差补偿电路设计)。内容基于教科书式概述,提供了从理论到实践的完整知识体系。
霍尔式位移传感器是一种利用霍尔效应和梯度磁场实现微小位移测量的传感器。其工作原理是在极性相反、磁场强度相同的两个磁钢气隙中放入霍尔元件,当霍尔元件处于中间位置时,磁感应强度B=0,霍尔电压UH=0;当霍尔元件沿z方向移动时,B≠0,霍尔电压UH = KH I B = KΔz,与位移成线性关系,且电压极性反映移动方向。
霍尔式加速度传感器是一种将霍尔元件与质量块、弹簧片结合,通过惯性力产生位移来测量加速度的传感器。其结构为:霍尔元件与质量块通过弹簧片固定在传感器壳体上,霍尔元件位于自由端,一对同极性相对的磁钢固定在壳体上,位于霍尔元件两边。传感器与被测物体连接,当被测物体做加速度运动时,在惯性力作用下,质量块使弹簧片自由端产生位移,霍尔传感器产生与加速度成正比的霍尔电...
霍尔效应是载流导体或半导体在垂直于电流方向的磁场中产生电位差的现象,由美国物理学家埃德温·霍尔(Edwin H. Hall)于1879年发现。由于金属材料的霍尔效应太弱,直到半导体技术发展后才得到实际应用。
霍尔灵敏度 $KH$ 是表征霍尔元件性能的关键参数,定义为在单位控制电流和单位磁感应强度下产生的霍尔电压大小。
霍尔系数 $RH$ 是表征材料霍尔效应强弱的特性参数,与载流子浓度成反比。
霍尔线性器件是霍尔元件的一种功能分类,其输出电压与电流I和磁感应强度B成线性关系,输出为模拟量。磁通计中的传感器大多采用具有线性特性的霍尔元件。
霍尔转速测量是一种利用霍尔元件的开关特性和永磁体旋转产生脉冲信号来测量转速的方法。在被测非磁性材料的旋转体上粘贴一对或多对永磁体,霍尔元件组成的测量头置于永磁体附近。当被测物旋转时,每个永磁体通过测量头时,霍尔元件产生一个脉冲,通过计数单位时间内的脉冲数推算转速。
霍尔键盘是一种利用开关型集成霍尔传感器实现的无触点键盘。每个键上都有两小块永久磁铁,键被按下时,磁铁的磁场加在下方的开关型集成霍尔传感器上,形成开关动作。