霍尔传感器的应用及其原理
霍尔传感器的应用以及原理
霍尔传感器的应用以及原理1. 引言霍尔传感器是一种常见的传感器，广泛应用于电子设备和工业控制领域。
它通过测量磁场变化来检测物体的位置、速度和方向等信息。
本文将介绍霍尔传感器的原理以及它在不同领域的应用。
2. 霍尔传感器原理霍尔传感器的工作原理基于霍尔效应，即当电流通过晶体管和金属片时，会形成一个垂直于电流和磁场方向的电压差。
这个电压差叫做霍尔电压，它与外界磁场的强度和方向成正比。
通过测量霍尔电压的变化，可以得到与磁场相关的信息。
霍尔传感器通常由霍尔元件、增益放大器和输出电路组成。
霍尔元件是一个具有霍尔电压特性的磁敏器件，一般采用半导体材料制造。
增益放大器用于放大霍尔电压的信号，使其可以被检测和处理。
输出电路根据需求将电信号转换成数字信号或模拟信号输出。
3. 霍尔传感器的应用3.1 位置检测霍尔传感器可以通过测量磁场的变化来检测物体的位置。
在自动门控制系统中，可以使用霍尔传感器来检测人员的位置，实现自动开关门。
在机械制造中，霍尔传感器可以被用来监测机械臂的位置，控制其准确移动。
3.2 速度检测通过测量磁场变化的频率，霍尔传感器可以检测物体的速度。
在汽车中，霍尔传感器常被用来测量车轮的转速，用于ABS（防抱死制动系统）和发动机管理系统等。
此外，在电动机控制领域，霍尔传感器也经常被应用于测量电动机的转速。
3.3 方向检测霍尔传感器通过测量磁场的方向，可以检测物体的方向。
在磁罗盘中，霍尔传感器用于检测地球的磁场方向，提供导航和定位功能。
在游戏手柄中，霍尔传感器可以检测游戏手柄的倾斜方向，实现精确的游戏控制。
3.4 磁场检测由于霍尔传感器对磁场的敏感性，它也可以用来检测磁场的强度和方向。
在磁共振成像仪中，霍尔传感器被用于检测强磁场的均匀性，确保图像质量。
在磁力计中，霍尔传感器可以测量磁场的强度，用于测量磁体的磁场强度。
4. 总结霍尔传感器是一种应用广泛的传感器，它通过测量磁场变化来获得与位置、速度和方向等相关的信息。
霍尔式传感器原理及应用
•纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值 •半导体是霍尔元件的常用材料 •材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
2. 霍尔传感器的应用
VH KHIBsin
(3-48)
•式(3-48)可知，改变 I 或 B，或两者同
取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；
—式—中它K沿H—与时—电霍流改尔的常变相数反均，方表向会示运单引动位起磁感V应H强的度和变化
•可以广泛应用于测量： 位移 可转化为位移的力和加速度 磁场变化
•应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的 可变磁场，输出电压就决定于控制电流和激磁电流的乘积
——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器
The End
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霍尔式传感器原理 及应用
1. 基本原理
•厚度为 d 的N型半导体薄片上垂直 作用了磁感应强度为 B 的磁场 •若在一个方向上通以电流 I •N型半导体中多数载流子为电子
——它沿与电流的相反方向运动
•带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力 FL 的作用 •洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 •洛伦兹力的作用结果，使带电粒子偏向 c，d 电极 •在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；
霍尔元件置•利于两用相该反方原向的理磁可场中以做成各种传感元件
在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出 N型半导体中多数载流子为电子 材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔传感器的结构 霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装
在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出 位移 使用时，I 和 B 都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积
霍尔传感器的原理和应用
霍尔传感器的原理和应用1. 霍尔传感器的原理霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器，通过测量电磁场的变化来检测物体的位置、运动或者其他属性。
其原理主要基于霍尔效应的存在。
1.1 霍尔效应的概念霍尔效应是指当通过一块导体中的电流流过时，如果将该导体放置于磁场中，该磁场会产生一个力，使得电子在导体中聚集在一边，导致在导体两侧产生一种电势差。
这种现象就是霍尔效应。
1.2 霍尔传感器的结构霍尔传感器通常由霍尔元件、磁场源和信号处理电路组成。
其中，霍尔元件是关键部件，其结构包括霍尔片、上下两个触点和引线。
霍尔片是一种特殊材料，能够对磁场产生敏感。
当磁场作用于霍尔片时，霍尔片上的电荷会发生积聚，从而产生一定的电势差。
1.3 霍尔传感器的工作原理当磁场作用于霍尔传感器时，霍尔片上的电荷会发生积聚，从而产生电势差。
这种电势差可以被测量，并转化为相应的信号。
该信号可以通过信号处理电路进行放大、滤波和解调等处理，以便得到相关的测量结果。
2. 霍尔传感器的应用霍尔传感器由于其特殊的原理和结构，在许多领域都有广泛的应用。
2.1 位置检测由于霍尔传感器能够对磁场的变化进行敏感测量，因此在位置检测方面有很好的应用。
比如，在汽车领域中，霍尔传感器可以用来检测车速、转向角度，以及车辆的位置等信息。
2.2 运动检测霍尔传感器可以用来检测物体的运动状态。
在工业自动化领域中，霍尔传感器常常被用来监测机器的转速、转向等参数。
另外，霍尔传感器还被广泛应用于航空航天领域中，用于检测飞机、卫星等设备的姿态、位置等信息。
2.3 流量测量由于霍尔传感器对电流的变化敏感，因此能够用来测量流体的流量。
在工业领域中，霍尔传感器常常被用来监测管道内流体的流速和流量，以实现对流体控制和管理的目的。
2.4 磁场测量由于霍尔传感器对磁场的变化具有很好的感知能力，因此可以用来测量磁场的大小和方向。
在科学研究领域中，霍尔传感器常常被用来测量磁场的强度和分布，以研究磁场的性质和应用。
.霍尔门磁传感器的原理与应用
霍尔门磁传感器或称霍尔开关，是一种可以检测磁场变化并转化为电信号的传感器。
它通常被应用于门窗磁控报警系统、电子开关和电机控制等领域。
本文将详细介绍霍尔门磁传感器的原理、结构与应用。
一、霍尔门磁传感器的原理1. 霍尔效应：霍尔效应是指在导电材料中，当有电流通过时，如果受到外部磁场的作用，会在垂直于电流方向上产生电势差。
这种现象是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年首先发现的。
霍尔效应是霍尔门磁传感器能够探测磁场变化的基础。
2. 霍尔元件：霍尔元件是霍尔门磁传感器的核心部件，通常由半导体材料制成。
当磁场作用于霍尔元件时，会在元件两侧产生电势差，这一电势差可以被检测电路所读取，从而转化为相应的信号输出。
3. 灵敏度调节：由于不同的应用场景对磁场的灵敏度要求不同，霍尔门磁传感器通常具有灵敏度调节功能。
用户可以通过调节传感器上的旋钮或设置参数来改变传感器的灵敏度。
二、霍尔门磁传感器的结构1. 外壳：霍尔门磁传感器的外壳通常由耐高温、耐腐蚀的材料制成，以确保其稳定可靠地工作在不同的环境中。
2. 传感元件：传感元件是霍尔门磁传感器的核心部件，它通常为霍尔元件。
传感元件的选择和制造工艺会直接影响传感器的灵敏度和稳定性。
3. 输出端口：霍尔门磁传感器的输出端口通常为开关量输出，常见的有正常开关、NC（Normally Closed）和NO（Normally Open）等类型。
用户可以根据实际需求选择合适的输出类型。
4. 供电接口：霍尔门磁传感器通常需要外部供电，供电电压的稳定性和电流的大小需要符合传感器的工作要求。
5. 灵敏度调节装置：为了适应不同的工作环境和需求，霍尔门磁传感器通常具有灵敏度调节装置，用户可以通过调节该装置来改变传感器的灵敏度。
三、霍尔门磁传感器的应用1. 门窗磁控报警系统：霍尔门磁传感器可以应用于门窗磁控报警系统中，通过安装在门窗上，当门窗打开时，磁场的变化会被传感器检测到，并触发报警器发出警报。
霍尔传感器工作原理及其应用
| [<<] [>>]差动霍尔电路制成的霍尔齿轮传感器，如图 1 所示,新一代的霍尔齿轮转速传感器，广泛用于新一代的汽车智能发动机，作为点火定时用的速度传感器，用于 ABS (汽车防抱死制动系统 ) 作为车速传感器等。
在 ABS 中，速度传感器是十分重要的部件。
ABS 的工作原理示意图如图 2 所示。
图中，1 是车速齿轮传感器； 2 是压力调节器； 3 是控制器。
在制动过程中，控制器 3 不断接收来自车速齿轮传感器 1 和车轮转速相对应的脉冲信号并进行处理，得到车辆的滑移率和减速信号，按其控制逻辑及时准确地向制动压力调节器2发出指令，调节器及时准确地作出响应，使制动气室执行充气、保持或者放气指令，调节制动器的制动压力，以防止车轮抱死，达到抗侧滑、甩尾，提高制动安全及制动过程中的可驾驭性。
在这个系统中，霍尔传感器作为车轮转速传感器，是制动过程中的实时速度采集器，是 ABS 中的关键部件之一。
在汽车的新一代智能发动机中，用霍尔齿轮传感器来检测曲轴位置和活塞在汽缸中的运动速度，以提供更准确的点火时间，其作用是别的速度传感器难以代替的，它具有如下许多新的优点。
( 1 ) 相位精度高，可满足0.4°曲轴角的要求，不需采用相位补偿。
( 2) 可满足 0.05 度曲轴角的熄火检测要求。
( 3) 输出为矩形波，幅度与车辆转速无关。
在电子控制单元中作进一步的传感器信号调整时，会降低成本。
用齿轮传感器，除可检测转速外，还可测出角度、角速度、流量、流速、旋转方向等等。
图 1 霍 尔速 度传 感 器 的 内 部 结 构1. 车 轮 速度传 感 器2. 压 力 调 节 器3. 电 子 控 制 器图 2ABS 气 制 动 系 统 的 工 作 原 理 示 意 图按 图 3 所 示 的 各 种 方 法 设 置磁 体 ，将 它们 和 霍 尔 开 关 电 路 组合 起 来 可 以 构 成 各 种 旋 转 传 感 器 。
霍尔传感器原理与应用
霍尔传感器原理霍尔传感器是一种磁传感器。
用它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。
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。
其中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的元件叫霍尔元件。
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，可见，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。
霍尔传感器 原理及应用
霍尔传感器原理及应用
霍尔传感器作为一种常用的传感器器件，其运作原理是基于霍尔效应。
霍尔效应是指当通过导体的电流在垂直于电流方向上施加一个磁场时，会在导体的侧边产生一种电势差。
具体而言，霍尔传感器中通常包含一片装有霍尔元件（霍尔晶体）的芯片。
当通过芯片中的引脚加上一定的电流时，霍尔元件内部产生一个与施加磁场相对应的电势差。
电势差的大小与施加磁场的强度成正比，方向则取决于磁场的方向。
根据霍尔传感器的工作原理，它可以用于检测磁场的强度和方向。
常见的应用包括磁力计、转速传感器、位置传感器等。
以下是一些常见的应用示例：
1. 磁力计：霍尔传感器可以测量磁场的强度，因此被广泛用于磁力计中，用来检测和测量物体的磁性。
2. 转速传感器：霍尔传感器也可以用于测量物体的转速。
通过将传感器安装在旋转物体附近，并将传感器上的电流引脚连接到适当的电路中，可以通过测量输出电势差的频率来计算旋转物体的转速。
3. 位置传感器：借助霍尔传感器，可以实现非接触式的位置检测。
例如，将传感器安装在机械设备上，用来检测设备的位置并实时监控运动状况。
4. 电流测量：霍尔传感器也可用作电流传感器。
通过将传感器
固定在电流导体附近，可以测量通过导体的电流，并将其转换为相应的电压信号。
总之，霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器器件，其应用广泛，可以用于测量磁场的强度和方向，实现转速测量、位置检测和电流测量等功能。
霍尔传感器的原理与应用
霍尔传感器的原理与应用1. 霍尔传感器的原理霍尔传感器是一种基于霍尔效应原理工作的传感器，通过检测磁场的变化来实现信号输出。
霍尔效应是指当电流通过导体时，在垂直于电流方向上会形成一种电势差，这种电势差就是霍尔电势差，也称为霍尔效应。
霍尔传感器的主要原理如下：1.当电流通过霍尔元件时，垂直于电流方向的磁场会产生电势差。
2.电势差的大小与磁场的强度成正比，与电流的大小无关。
3.通过测量电势差的变化，可以得到磁场的强度信息。
2. 霍尔传感器的应用霍尔传感器由于其独特的原理和优良的性能，在各个领域都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域：2.1 汽车行业•制动系统：霍尔传感器可以用来检测制动踏板的位置，实现制动灯的控制。
•转向系统：霍尔传感器可以用来检测方向盘的转动角度，实现转向信号的输出。
•电动机控制：霍尔传感器可以用来检测电动机的转速、转向等参数，实现精确的控制。
2.2 工业自动化•位置检测：霍尔传感器可以用来检测物体的位置，实现物体的定位和控制。
•流量测量：霍尔传感器可以用来测量流体的流量，实现精确的流量控制。
•速度检测：霍尔传感器可以用来检测物体的速度，实现物体的运动控制。
2.3 智能家居•门窗状态检测：霍尔传感器可以用来检测门窗的开关状态，实现安防监控和智能化控制。
•温度控制：霍尔传感器可以通过检测温度变化来实现温控系统的精确控制。
•环境监测：霍尔传感器可以用来检测环境的光照、湿度等信息，实现智能化的环境控制。
3. 霍尔传感器的优势与其他类型的传感器相比，霍尔传感器具有以下优势：•高可靠性：霍尔传感器不受环境干扰和电磁干扰，具有较高的稳定性和可靠性。
•高精度：霍尔传感器可以实现非接触式的测量，具有较高的精度和响应速度。
•小尺寸：霍尔传感器体积小，适合嵌入式应用和空间受限的场景。
•低功耗：霍尔传感器工作时只需要很小的电流，能有效降低功耗。
•长工作寿命：霍尔传感器没有机械部件，不易损坏，具有较长的工作寿命。
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霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
霍尔元件
磁铁
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霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心 气隙的B值
霍尔元件
2020/7/3
4
霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机
械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统
靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而
周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、
过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。
当叶片槽口
转到霍尔IC面前
时，霍尔IC输出
跳变为高电平，
经反相变为低电
平，达林顿管截
止，切断点火线
圈的低压侧电流。
由于没有续流元
件，所以存储在
点火线圈铁心中
汽车电子点火电路及波形
的磁场能量在高 压侧感应出
a）电路 b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形
30~50kV的高电压。14——点点火火开线关圈铁2心—达5—林点顿火晶线体圈管高功压率侧开关6—3—分点火火头线7圈—火低花压塞侧
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集
成电路之间的安装关系
c）叶片位置与点火正时的关系
1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁 5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平， 晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通
第八章：第三节 霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三个变 量的函数，即 EH=KHIBcos 。利用这
个关系可以使其中两个量不变，将第 三个量作为变量，或者固定其中一个 量，其余两个量都作为变量。这使得 霍尔传感器有许多用途。
2020/7/3
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霍尔特斯拉计（高斯计）
霍尔元件
2020/7/3
2
21
所实现的多媒体界面：
霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC
EH=KH IB
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其他霍尔 电流传感器
2020/7/3
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其他霍尔电流 传感器（续）
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霍尔钳形电流表（交直流两用）
豁口
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霍尔钳形电流表演示
被测电流的 70.9A 导线未放入 铁心时示值 为零
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直流200A量程
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霍霍尔尔钳钳形形 70.9A 电电流流表表演演示示
钳形表的环形铁 心可以张开， 导线由此穿过
霍尔钳形电流表的使用
被测电流的导线从此处穿入 钳形表的环形铁心
手指按下此处，将钳形表的 铁心张开
将被测电流导线逐根夹 到钳形表的环形铁心中
将空调电源的“三芯护套线”
夹到钳形表的环形铁心中，钳 形表的示值为多少？为什么？
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无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
无刷电动机
可充电 电池组
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无刷电动机在电动自行车上的应用
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输入接头
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叉形钳形表 漏磁稍大， 但使用方便
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用钳形表测量 电动机的相电流
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被测电流的 谐波频谱
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铁心的 开合缝隙
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作业 p135：2、3、5、6
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。 用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助 于控制刹车力的大小。
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7
霍尔转速表的其他安装方法
霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突 起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔 电势的变化，产生转速信号。
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n 60
f
线性霍尔
22
NS
磁铁
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5
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔 元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形 后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔 元件时，输出为低电平。
2020/7/3
6
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置 （ABS）中的应用
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15
电动自行车的无刷电动机及控制电路
利用 PWM 调速
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去速度 控制器
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光驱用的无刷电动机内部结构
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霍尔式接近开关
当磁铁的有效磁极接 近、并达到动作距离时， 霍尔式接近开关动作。霍 尔接近开关一般还配一块 钕铁硼磁铁。
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霍尔式接近开关
用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能
用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭
合磁场。
在右图中，当磁 铁随运动部件移动到距 霍尔接近开关几毫米时， 霍尔IC的输出由高电平 变为低电平，经驱动电 路使继电器吸合或释放， 控制运动部件停止移动 （否则将撞坏霍尔IC） 起到限位的作用。
2020/7/3
汽车电子点火装置使用的 点火控制器、霍尔传感器及点火总成磁铁点火总成20 Nhomakorabea0/7/3
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霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了换 向器和电刷，而采用霍尔元件来 检测转子和定子之间的相对位置， 其输出信号经放大、整形后触发 普通直流电动机使用 电子线路，从而控制电枢电流的 的电刷和换向器 换向，维持电动机的正常运转。 由于无刷电动机不产生电火花及 电刷磨损等问题，所以它在录像 机、CD唱机、光驱等家用电器中 得到越来越广泛的应用。
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霍尔式接近开关用于
转速测量演示
n= 60 f
4
(r/min)
T
软铁分流翼片
开关型霍尔IC
将被测电流的 导线穿过霍尔电流 传感器的检测孔。 当有电流通过导线 时，在导线周围将 产生磁场，磁力线 集中在铁心内，并 在铁心的缺口处穿 过霍尔元件，从而 产生与电流成正比 的霍尔电压。
霍尔电流传感器
2020/7/3