什么是霍爾傳感器？霍爾傳感器的工作原理是什么？霍爾傳感器的應用？

安科瑞徐行德

摘要： 霍爾傳感器（霍爾開關，線性霍爾傳感器等）被用于檢測磁場強度變化的，接近傳感器，位置和速度測量等應用中。它們甚至還用于計算機打印機，氣壓缸，計算機鍵盤等。

霍爾傳感器（霍爾開關，線性霍爾傳感器等）被用于檢測磁場強度變化的，接近傳感器，位置和速度測量等應用中。它們甚至還用于計算機打印機，氣壓缸，計算機鍵盤等。那么什么是霍爾傳感器？霍爾傳感器的工作原理是什么？霍爾傳感器的應用有哪些？

霍爾傳感器概述

霍爾傳感器是是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁性傳感器，其輸出取決于磁場或磁性傳感器周圍的磁通密度。

“霍爾”一詞來自 埃德溫·霍爾博士，他是第一次發(fā)現(xiàn)這種霍爾效應。如果存在垂直于電流通過的物體的外部磁場，則會在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生電動勢。

霍爾傳感器的符號

霍爾傳感器的公式

線性霍爾傳感器的輸出可以表示為：

VH 是霍爾電壓

RH 是霍爾效應系數(shù)

I是流過傳感器（半導體平板）的電流

t是傳感器的厚度

B是外部磁通密度

霍爾效應數(shù)字傳感器的輸出取自 OPAMP 的輸出，后者又與內(nèi)置的施密特觸發(fā)器相連 磁滯現(xiàn)象 這減少了輸出電壓的振蕩。 在這種情況下，只有當外部場強高于設備中的特定值時，設備才會從關閉狀態(tài)切換到開啟狀態(tài)。

霍爾傳感器的構造

霍爾傳感器通常由矩形的半導體片（例如銦）組成 銻（InSb）或砷化鎵（GaAs），稱為霍爾探頭，安裝在 鋁板并完全覆蓋在探頭內(nèi)部。 由非磁性材料制成的探針手柄與探針頭連接，以使半導體矩形板的平面垂直于探針手柄。

激活設備后，會持續(xù)流過半導體。 如果外部磁場線與探頭成直角，使得場線穿過探頭的傳感器成直角，則會產(chǎn)生稱為“霍爾效應”電壓的電壓，并且設備會提供讀數(shù)外磁場的磁通密度（B）的關系。

霍爾傳感器的工作原理

霍爾傳感器主要是由于洛倫茲力的影響而工作的（它是帶電粒子由于電場或磁場而受到的力，即簡單地 電磁 場）。

在存在足夠大的現(xiàn)有外部磁場的情況下，半導體平板中的電子朝平板的一個邊緣偏轉(zhuǎn)，即，由于作用在它們上的洛倫茲力，空穴和電子朝平板的任一側(cè)移動。

為此，半導體的一側(cè)帶負電，而相反側(cè)則帶正電。 由于在矩形板的兩個相對側(cè)上積累了相反的電荷，因此在這兩個側(cè)上都產(chǎn)生了電壓梯度。 該電壓稱為霍爾電壓（VH），并且通過使用外部磁場產(chǎn)生此可測量霍爾電壓的效應稱為霍爾效應。

為了產(chǎn)生電勢差以產(chǎn)生可測量的電壓，外部磁場線必須與電流流過平板的平面成直角。 另外，應提供正確的極性以使霍爾傳感器正常工作。

霍爾傳感器工作原理

當電子和空穴彼此分開時，會產(chǎn)生電勢梯度，并且間距會增大，直到電場產(chǎn)生的力與磁場產(chǎn)生的力達到平衡為止。 當兩個力彼此平衡時，電流沒有變化，并且已經(jīng)計算出在這一點上并從該磁通密度（B）中檢測到的霍爾電壓。

如果輸出電壓線性依賴于磁通量密度，則稱其為線性霍爾傳感器，如果輸出電壓在不同磁通密度下急劇下降，則稱為閾值霍爾傳感器。

我們已經(jīng)聽說過感應傳感器，感應傳感器會響應不斷變化的磁場，因為感應線圈中的電流會在線圈中感應出電流，從而在其輸出中產(chǎn)生電壓。 因此，電感式傳感器只能檢測到靜態(tài)（不變的）磁場，而霍爾傳感器則可以檢測到變化的和不變的磁場。

霍爾傳感器可以提供有關用于產(chǎn)生電壓的磁極類型以及外部磁通密度（B）大小的信息。 使用一組傳感器，我們可以找到所用外部磁體的相對位置。

霍爾傳感器的輸出電壓通常具有很小的幅度，例如幾微伏，即使在傳感器上施加了強大的外部磁場也是如此。 因此，大多數(shù)市售的霍爾傳感器都內(nèi)置有直流放大器和穩(wěn)壓器，以提高傳感器的靈敏度和輸出電壓的幅度。

霍爾傳感器的類型

根據(jù)其操作所需的外部磁極的類型，霍爾傳感器有兩種類型。

1、雙極

2、單極

使用單個磁體的霍爾傳感器中最常見的兩種傳感配置是正面檢測和側(cè)向檢測。 在側(cè)向檢測中，需要在霍爾效應元件的表面前面以橫向運動移動磁體。 在正面檢測中，磁體以垂直于霍爾元件平面的方式移向和移離霍爾元件。

霍爾傳感器的應用

位置傳感器： 在開/關模式下運行時，即具有數(shù)字輸出，檢測磁的發(fā)生 物料 是霍爾傳感器的重要工業(yè)應用之一。

直流變壓器： 霍爾傳感器用于測量直流磁通量，因此可以計算出直流電流。

鍵盤開關： 對于某些計算機鍵盤，使用了霍爾效應開關。 但是由于其相對較高的成本，由于其高可靠性而被限制在航空航天和軍事領域。

油位指示器： 霍爾傳感器使用位置感測來感測浮動元件的位置，并用作汽車油位指示器。

電動跑步機： 霍爾傳感器在這里用于速度傳感器以及由于意外跌落而緊急停止。 跑步機中使用者的腰帶連接到拉繩，拉繩又連接到磁鐵。 如果用戶不小心摔倒，磁鐵會脫落，并且電源會中斷，從而使機器停止運轉(zhuǎn)。

審核編輯：湯梓紅