霍尔压力传感器
《霍尔式传感器》课件
对于长期不使用的传感器，应定 期通电检查，以确保其性能正常 。
对于有可调元件的传感器，应定 期检查可调元件是否松动或损坏 。
05
霍尔式传感器的发展趋势与 未来展望
新型霍尔式传感器的研发与进展
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新型霍尔式传感器研发
随着科技的不断进步，新型霍尔式传感器正在被 不断研发出来，以满足各种不同的应用需求。
在汽车工业中的应用
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发动机控制
霍尔式传感器可用于检测曲轴位置和气缸识别，以实现精确 的点火和喷油控制，从而提高发动机效率和性能。
自动变速器
通过检测车速和发动机转速，霍尔式传感器帮助控制自动变 速器的换挡逻辑，确保平稳换挡和最佳燃油经济性。
防抱死刹车系统
霍尔式传感器监测车轮转速，控制刹车油压，防止车轮抱死 ，提高制动效果和车辆稳定性。
02
霍尔式传感器在物联网领域的应用主要包括智能家居、智能农业 、智能工业等领域，能够实现智能化控制和远程监控等功能。
03
随着物联网技术的不断发展，霍尔式传感器的应用前景将 更加广阔。
霍尔式传感器的发展趋势与未来展望
未来，霍尔式传感器将继续朝着高灵敏 度、高可靠性、微型化、集成化等方向 发展。
随着人工智能、物联网等技术的不断发展， 霍尔式传感器的应用领域将进一步拓展，其 在智能制造、智能医疗等领域的应用也将得 到更广泛的发展。
用于测量地球磁场、磁性材料、电流产生的磁 场等，如指南针、磁性编码器等。
位置检测
用于检测物体的位置变化，如门窗开关状态、 气瓶压力等。
霍尔式传感器的优缺点
优点
结构简单、体积小、重量轻、线性度 好、稳定性高、温度稳定性好等。
缺点
对外界磁场干扰敏感，易受干扰影响 测量精度，需要定期校准等。
汽车霍尔传感器的原理和应用
汽车霍尔传感器的原理和应用1前言霍尔传感器是全世界排名第三的传感器产品，它被宽泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴花费电子领域。
将来几年，跟着愈来愈多的汽车电子和工业设计公司转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持 20%到 30%的高速增添。
与此同时，霍尔传感器的有关技术仍在不停完美中，可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场远景。
隨着霍尔传感器愈来愈宽泛地应用在汽车电子等领域，关怀它的人也愈来愈多，这里我们将介绍汽车霍尔传感器的原理和应用。
2霍尔效应原理和霍尔元件图 1图 1 中在一块半导体薄片 H 上 A+,A- 两电极之间通电，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向双侧电极C1,C2 之间会出现一个电压VH，这种现象就是霍尔效应，是由美国科学家爱德文·霍尔在 1879 年发现的。
VH称为霍尔电压。
这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向双侧偏转和聚集，因此形成一个电场，称作霍尔电场。
霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻挡载流子持续聚积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。
这时，片子双侧成立起一个稳固的电压VH，这就是霍尔电压，这个半导体薄片称为霍尔元件。
霍尔元件可用多种半导体资料制作，如Ge、 Si 、InSb 、GaAs、InAs 、InAsP 等等。
3.霍尔集成电路霍尔集成电路是汽车霍尔传感器的中心部分，它将很多非电、非磁的物理量比如力、力矩、压力、应力、地点、位移、速度、加快度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变为电量来进行检测和控制。
霍尔集成电路是由霍尔元件、差分放大器等电子元器件集成到同一块半导体芯片上构成，是一种磁敏传感器。
能够检测磁场及其变化，可在各样与磁场有关的场合中使用。
霍尔集成电路是以霍尔效应原理为基础工作的。
霍尔集成电路拥有很多长处，它们的构造坚固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频次高，耐震动，不怕尘埃、油污、水汽及盐雾等的污染或腐化。
化工仪表与自动化第五版第三章作业及答案
第三章1．什么是真值?什么是约定真值?相对真值？答：真值是一个变量本身所具有的真实值,它是一个理想的概念，一般是无法得到的。
所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。
实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。
相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3~1/20时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值.2．什么叫仪表的基本误差、测量误差和附加误差?有何区别?答：仪表的基本误差是指在规定条件下仪表的误差。
仪表在制造厂出厂前，都要在规定的条件下进行校验。
规定条件一般包括环境温度、相对湿度、大气压力、电源电压、电源频率、安装方式等.仪表的基本误差是仪表本身所固有的,它与仪表的结构原理，元器件质量和装配工艺等因素有关，基本误差的大小常用仪表的精度等级来表示。
使用仪表测量参数时，测量的结果不可能绝对准确.这不仅因为仪表本身有基本误差，而且还因为从开始测量到最后读数，要经过一系列的转换和传递过程，其中受到使用条件、安装条件、周围环境等一系列因素影响，也要产生一定的误差.所以在很多情况下，仪表的显示数值与标准值（真实值)之间存在着一个差值,这个差值称为测量误差。
通常情况下,仪表的测量误差大于基本误差，因为测量过程还产生-二些附加误差。
附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。
如电源波动附加误差，温度附加误差等。
3．什么是仪表的反应时间?用什么方法表示？答：当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总要经过一段时间后才能准确地显示出来。
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快地反应出参数变化的品质指标.反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
反应时间的表示方法有两种。
（1)当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新稳态值.仪表的输出信号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间，即为反应时间.（2)用变化到新稳态值的95％所用的时间来表示反应时间.4．什么是压力?它的法定计量单位是什么？答：压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力。
霍尔传感器
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成 某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强 度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos， 这时的霍尔电势为 EH=KHIBcos 式（3-3-2）
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正 比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随 之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔 电势为同频率的交变电势。
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、放大、整形后可以确定被测物的转速。
线性霍尔
N
S
磁铁
f n 60 Z
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用 带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
式中 K H
RH , RH 为霍尔系数 ， 与霍尔元件的材料有关 。 d
霍尔电动势EH与材料的性质有关。材料的ρ、μ大，
RH就大。金属的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成
元件。在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的 大，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。 霍尔电动势EH与元件的尺寸有关。 d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈高，所以霍尔元件的厚度都比较 薄，
图3-3-1霍尔元件
三、集成霍尔式传感器
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
1、线性集成霍尔传感器 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器 等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方 便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。
线性型霍尔特性
右图示出了具 有双端差动输出特 性的线性霍尔器件 的输出特性曲线。
霍尔传感器
代入后：
IB IB UH = RH K H IB ν Bb = − = = ned d
1 霍尔常数与材料有关 RH = − = ρµ ne
霍尔灵敏度与薄片尺寸有关
KH
RH = d
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法 线成某一角度 θ 时，实际上作用于霍尔元件上 的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直 的方向）的分量，即 B cosθ ，这时的霍尔电势 为
要使温度变化时霍尔电压不变，必须使
Ri 0 β ( β − α ) Ri 0 = 0 α− 即：R = Ri 0 + R α
2. 恒流源加并联电阻补偿
温度为T0时, 控制电流
IM 0 RP = I RP + Ri 0
温度升到T时，电路中各参数 变为
K = K H 0 (1 + α∆T ) R = Ri 0 (1 + β∆T ) Ht i
K = K H 0 (1 + α∆t ) Ht
R = it
Ri 0 (1 + β ∆t )
霍尔电压随温度变化的关系式为：
E = U Ht K = K Ht B Ht BI Ht R + Rit
对上式求温度的导数，可得
Ri 0 β = ∆U U H 0 α − ∆t Ri 0 + R
目前常用的霍尔元件材料有 : 锗、 硅、砷化铟、 锑化铟等半导体材料。
三、霍尔元件的结构和符号
霍尔传感器的基本电路
外形:矩形薄片有四根引线； 实测中可把I*B作输入， 也可把I或B单独做输入。 通过霍尔电势输出测量结果。 输出Uo与I或B成正比关系。
为了获得较大的霍尔输出，可采用输出叠加的联接 方式。 图(a)为直流供电情况，控制电流并联，R1、R2为可 调电阻，它的输出为单个元件的两倍。 图(b)为交流供电情况，控制电流端串联，变压器 的次级便得到霍尔输出信号的叠加值。
霍尔压力传感器的原理
霍尔压力传感器的原理
霍尔压力传感器是利用霍尔效应来测量压力的一种传感器。
霍尔效应是指当通过一段导电材料中有电流流过时，垂直于电流方向的磁场产生一个电势差。
根据电势差的大小，可以间接测量出磁场的强度。
霍尔压力传感器利用这个原理来实现对压力的测量。
霍尔压力传感器由霍尔元件、磁场产生装置和信号处理电路组成。
磁场产生装置在传感器的工作面上产生一个均匀的磁场，而霍尔元件则安装在工作面上。
当受到外部压力作用时，受力部分会产生形变，从而改变传感器的压力分布。
这样，压力差异会使得电流分布发生变化，进而改变磁场在霍尔元件上的作用力，最终引起霍尔元件输出电势差的变化。
传感器的信号处理电路会对输出的电势差进行放大和滤波处理，然后转换成标准的电压或电流信号，以供外部设备进行读取和处理。
通过测量输出信号的变化，就可以得到受力部分所受的压力大小。
需要注意的是，霍尔压力传感器的灵敏度受工作面尺寸、霍尔元件材料和磁场产生装置等因素的影响，因此在实际应用中需要根据具体需求进行合理选择。
霍尔式压力传感器与应变式压力传感器
下图所示的金属电阻丝，在其未受力时，假设其初始电阻 值为：
R ρ A
ρ为 电阻丝的电阻率； l 为 电阻丝的长度； A为电阻丝的截面积。
当电阻丝受到轴向的拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积 相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而 改变了Δρ，从而引起的电阻值相对变化量为:
一、霍尔效应与霍尔元件
根据物理学原理，在磁场中运动的带电粒子必然要受 到力的作用。
设有一个N型(硅)半导体薄片，在Z轴 方向施加一个磁感应强度为B的磁场， 在其y轴方向通入电流I，此时N型(硅) 半导体薄片内有带电粒子沿y轴方向 运动，如图所示。于是带电粒子将受 到洛仑兹力F的作用而偏离其运动轨 迹，电子的运动轨迹朝X轴负方向偏 转,如图虚线所示。造成霍尔片左端 面产生电子过剩呈负电位，而右端面 则相应地显示出正电位。因而在霍尔 片的x轴方向形成了电场，该电场力 与洛仑兹力方向相反,随着电子积累 越多，电场力也越大，电场力与洛仑 兹力相等时，电子积累达到动态平衡， 这时X方向的电位差就称为“霍尔电 势”VH。这一物理现象称为“霍尔效
3 霍尔式压力传感器的使用
传感器应垂直安装在机械振动尽可能小的场所， 且倾斜度要小。当环境介质易结晶或粘度较大 时，应加装隔离器。通常情况下，以使用在测 量上限值1/2左右为宜，且瞬间超负荷应不大 于测量上限的二倍。由于霍尔片对温度变化比 较敏感，当使用环境温度偏离仪表规定的使用 温度时要考虑温度附加误差，要采取恒温措施 (或温度补偿措施)。此外还应保证直流稳压电 源具有恒流特性，以保证电流的恒定。
二、压阻式压力传感器
1. 传感器原理 2. 硅压阻式传感器
霍尔式传感器-霍尔压力变送器
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• 一．霍尔无刷电动机
• 传统地直流电动机使用换向器来改变转子(或定子)电枢电流 地方向,以维持电动机地持续运转。霍尔无刷电动机取消了 换向器与电刷,而采用霍尔元件来检测转子与定子之间地相 对位置,其输出信号经放大,整形后触发电子电路,从而控制 电枢电流地换向,维持电动
• 机地正常运转
霍尔式无刷电动机
二．开关集成霍尔传感器
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件,稳压 电路,放大器,施密特触发器,OC门（集电极开 路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外 加磁场强度超过规定地工作点时,OC门由高 阻态变为导通状态,输出变为低电;当外加磁场 强度低于释放点时,OC门重新变为高阻态,输 出高电。较典型地开关型霍尔器件如UGN三 0二0等。
2023/5/6
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二．开关集成霍尔传感器
开关型霍尔集成电路 （OC门输出）地接线
请按以下电路,将下一页地有关元件连接起来.
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开关型霍尔集成电路 与继电器地接线
?
开关型霍尔集成电路地史密特输出特
回差越 大,抗振动 干扰能力就 越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC,到多少特斯拉时输出翻转 ？当磁铁从近到远地远离霍尔IC,到多少特斯拉时输出再次翻 转？回差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？
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电动自行车地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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光驱用地无刷电动机内部结构
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二．霍尔传感器在扫地机器地应用
• 电机是取决于吸力大小最关键地一点,市面上地扫地机采用 地电机不外乎两种:有刷电机与无刷电机。有刷电机地换向 一直是通过石墨电刷与安装在转子上地环形换向器相接触 来实现地,但是会随着时间地推移,后续会产生各种问题,维 修成本较大。
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霍尔压力传感器
霍尔压力传感器
霍尔压力传感器由弹性元件，磁系统和霍尔元件等部分组成，如图29 所示。
在图29 中，（a）的弹性元件为膜盒，(b)为弹簧片，(c)为波纹管。
磁系统最好用能构成均匀梯度磁场的复合系统，如图29 中的(a)、(b)，也可采用单一磁体，如（c）。
加上压力后，使磁系统和霍尔元件间产生相对位移，改变作用到霍尔元件上的磁场，从而改变它的输出电压VH。
由事先校准的p～f(VH)曲线即可得到被测压力p 的值。
图29 几种霍尔压力传感器的构成原理
霍尔应力检测装置。