霍尔传感器应用

霍尔传感器的应用 班级：电子131502班 姓名：李泓 学号

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一、霍尔效应、霍尔元件、霍尔传感器

（一）霍尔效应：

如〔图1〕所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为。图中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。

（二）霍尔元件：

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

（三）霍尔传感器：

由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如〔图2〕所示，是其中一种型号的外形图。

二、霍尔传感器的分类

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。

（一）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。

（二）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。

三、霍尔传感器的特性

（一） 线性型霍尔传感器的特性：

输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如〔图3

〕所示，在

B1

～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。

（二）开关型霍尔传感器的特性：

如〔图4〕所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。

当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

另外还有一种“锁键型”（或称“锁存型”）开关型霍尔传感器，其特性如〔图5〕所示。 当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。

四、霍尔传感器的应用

按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制。

（一）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。

例如：

1．电流传感器：

由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。

霍尔电流传感器工作原理如〔图6〕所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。

2．位移测量：

如〔图

7

〕所示，两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移距离大小成正比。如果把拉力、压力等参数变成位移距离，便可测出拉力及压力的大小，如〔图8〕所示，是按这一原理制成的力矩传感器。

（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。

1．测转速或转数：

如〔图9〕所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。 如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。

五、霍尔传感器在燃气热水器中的应用

（一）水流量传感器

水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量的传感器。 其主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔传感器组成。装在热水器的进

水端用于检测进水流量的大小及通断。

（二）工作原理

1、在霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。

2、霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比，根据水流量的大小启动动燃气热水器。

f=8.1*q-3 式中：f-脉冲信号频率（Hz） q-水流量(L／min)

水流量传感器

3、在霍尔传感器反馈信号给控制器后，可判断出水流量的大小，并根据燃气热水器的机型不同，选择最佳的启动流量，实现超低压(0．02MPa以下)启动启动。 六、霍尔传感器在洗衣机中的应用 （一）应用背景

在工业领域，洗衣机的滚筒容量从5千克向7或8千克发展，然而这些大容量滚筒却仍然能够安装在标准宽为60厘米的标准洗衣机机壳内，这就意味着滚筒与机壳件的间隔更窄，两者间更易发生碰撞。因此，必须事先用该信号确定滚筒对机壳的影响以及由此引起的反作用，以测量滚筒相对于机壳的位置。霍尼韦尔公司的霍尔传感器SL353T可用于检测洗衣机滚筒在三个维度中与机壳的相对位置。

（二）新型的3－D霍尔传感器专用集成电路（ASIC）

整个测量系统包括：一固定在洗衣机滚筒上的磁体以及装在机壳上的3－D霍尔传感器。霍尔传感器测量磁场的方向及强度，从而确定磁体在三个维度中同时进行的相对运动，然后再将该信息传输到装在洗衣机上的微控制器。最后，该

微控制器再用此程序确定控制滚筒运动的方法。

磁体与3－D霍尔传感器ASIC

霍尔传感器 带不平衡检测传感器的洗衣机，可从三个维度测量滚筒与机壳间的距离。

七、结语

霍尔传感器可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。