霍尔式位移传感器工作原理
霍尔传感器
HT-1型 InSb
HT-2型 InSb
·cm 0.8～1.2
0.8～1.2
0.8～1.2
0.4～0.5
0.003～0.01 0.003～0.05
L×b ×d
mm3
Ri
8×4×0.2 110±20%
Ru
100±20%
KH
mV/(m A·T)
>12
ro
<0.07
4×2×0.2 8×4×0.2 8×4×0.2 110±20% 110±20% 45±20% 100±20% 100±20% 40±20%
精品课件
26
7. 3 霍尔传感器的应用电路
霍尔元件具有结构简单、体积小、质量轻、频带宽、 动态性能好和寿命长等许多优点，因而得到广泛应 用。
找到一个不等位电势的补偿方法。 可以把霍尔元件视为一个4臂电阻电桥
R2
R4
R3
精品课件
返21回
7. 2 霍尔传感器的测量电路和误差 分析
这样不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。
理想情况下，不等位电势为零，即电桥平衡，相当于 R1=R2=R3=R4
所有能够使电桥达到平衡的方法均可用于补偿不等位电势， 使不等位电势为零。
实际使用中由于
(a)两个霍尔电极安装不对称或不在同一等电位面上
(b)半导体材料的电阻率或几何尺寸不均匀
(c)控制地电路接触不良等原因
使得当 I ≠ 0，B=0时，EH ≠ 0。此时，EH 值定义为不等位 电势 EM 。
不等位电势 EM 与额定控制电流 IC 之比，称为不等位电阻
RM :
EM R M
由：KH0I=KHtI' 可推出：
R
霍尔式传感器原理及应用(共9张PPT)
霍尔电势 VH 的大小 48)
式中 KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和
单位控制电流下所得的开路霍尔电势， 取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
磁场变化 材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装 若在一个方向上通以电流 I 磁场变化
洛伦兹力•F应L 的用方中向由不左用手定永则久决定磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)
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
一式般中采K用H—N形—锗霍、尔锑常化寿数铟，命、表砷长示化单铟位、磁砷感化应镓强和度磷和砷化铟等
材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
价格低
•可以广泛应用于测量：
位移
可转化为位移的力和加速度
在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向 若在一个方向上通以电流 I 霍尔元件置于两相反方向的磁场中
霍尔元件霍可制尔成位传移传感感器器 的结构
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) 在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
• 霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向
•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力
位移传感器原理及分类
位移传感器原理及分类一、位移传感器的工作原理1.阻性传感器阻性传感器的原理是通过测量材料的电阻值来计算位移。
当两个电极之间的距离变化时，电阻值也会发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体的位移。
2.电容传感器电容传感器的原理是通过测量电容的变化来计算位移。
当物体移动时，电容的值会随之变化。
通过测量电容的变化，可以确定物体的位移。
3.磁性传感器磁性传感器的原理是利用磁场的变化来测量位移。
当物体移动时，磁场的特性会发生变化。
通过测量磁场的变化，可以确定物体的位移。
4.激光传感器激光传感器的原理是利用激光束的反射来测量位移。
激光束发射到物体上，并通过测量反射光的特性，可以确定物体的位移。
以上是几种常见的位移传感器的工作原理，根据不同的应用场景，我们可以选择适合的传感器进行测量。
二、位移传感器的分类根据测量原理和应用领域的不同，位移传感器可以分为多种不同的类型。
以下是几种常见的位移传感器的分类：1.电阻式位移传感器电阻式位移传感器是基于阻性传感器原理的一种传感器。
它使用电阻值的变化来测量位移，常见的类型包括电阻片、电位器和应变计。
2.容性位移传感器容性位移传感器是基于电容传感器原理的一种传感器。
它使用电容值的变化来测量位移，常见的类型包括平行板电容器和微机电系统（MEMS）传感器。
3.磁性位移传感器磁性位移传感器是基于磁性传感器原理的一种传感器。
它使用磁场的变化来测量位移，常见的类型包括霍尔传感器和磁电传感器。
4.光学位移传感器光学位移传感器是基于激光传感器原理的一种传感器。
它使用激光束的反射来测量位移，常见的类型包括激光传感器和光纤传感器。
5.压电位移传感器压电位移传感器是基于压电效应原理的一种传感器。
它使用压电材料产生的电压信号来测量位移，常见的类型包括石英晶体和陶瓷。
以上是几种常见的位移传感器的分类，每种传感器都有其适用的应用场景，我们可以根据需要选择合适的传感器进行测量。
总结：本文介绍了位移传感器的原理和分类。
霍尔传感器解析
一．霍尔传感器市场调研1.霍尔效应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U H的霍尔电压。
2.霍尔传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。
霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
3.霍尔传感器的工作原理霍尔电流传感器有两种工作方式，即磁平衡式和直式。
霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、次级线圈和放大电路等组成。
①直放式电流传感器（开环式）众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。
这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。
②磁平衡式电流传感器（闭环式）磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。
这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。
当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用，此时可以通过Is来平衡。
直流激励霍尔传感器实验报告
9.5 0.113079
ΔLmax
yFS
δL
10.5 -0.134341 11 -0.099551 11.5 0.045239 12 0.04281 12.5 -0.005335 13 -0.03348 13.5 -0.021625 14 0.00023 14.5 0.042085
1.8 11.5
44.3 7.2
61.9 5.1
62.2 3.9
61.1 2.5
59.3 1.8
54.8 1.3
X/mm
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
V/mv
正行程 反行程
38.4 0.3
25.3 0.1
-2.1 -3.2
-54.8 -134.2 -60 -140
-247 -260
-412 -470
-0.22008 3.5722 -6.161%
0.5 -0.029736 1 -0.028031
1.5 -0.024126 2 -0.019321
2.5 -0.014716 3 -0.009411
3.5 -0.003906 4 0.001299
4.5 0.007204 最大偏差
满量程输出 非线性误差
=
������‘(������)
由公式可看出它就是输出—输入特性曲线的斜率，在这里用理论拟合直线的
斜率代替，因此可得到三个灵敏度
k1=12.01mv/mm
k2=789.58 mv/mm
5、迟滞误差
k3=83.71 mv/mm
迟滞指正反行程中输出—输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值
霍尔位移传感器工作原理
霍尔位移传感器工作原理
霍尔位移传感器的工作原理是基于霍尔效应。
当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象被称为霍尔效应。
这个电位差称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d，其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦兹力）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
在霍尔位移传感器中，通常内置了非常高增益的运算放大器以放大霍尔效应产生的微小电势差。
根据整体需求，可能还会配合其他一些系统电路。
最终输出的信号可以是模拟信号或数字信号。
当被测物体接近霍尔元件时，根据霍尔效应原理，物体在磁场中会受到一个垂直于物体表面的作用力，从而引起霍尔元件输出电压的变化。
这个电压变化可以通过后续的放大和调理电路转换成可测量的电信号。
因此，通过测量这个电信号的大小，就可以确定被测物体的位置或者位移量。
总之，霍尔位移传感器利用霍尔效应实现非接触式位移测量，具有高精度、高分辨率、高可靠性、长寿命等优点，被广泛应用于各种自动化控制系统和工业生产过程中。
位移传感器 大学物理实验
实验三十七 位移传感器实验实验目的1. 了解电容式传感器结构及其特点。
2. 了解霍尔效应及其霍尔位移传感器工作原理。
实验原理关于传感器的初步介绍请参见“应变片传感器”的相关内容。
位移传感器的功能在于把机械位移量转换成电信号。
根据不同的物理现象（或物理过程），可以设计不同类型的位移传感器。
本实验首先研究电容位移传感器，在研究与拓展部分再讨论霍尔位移传感器。
1. 电容式传感器基本原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器。
它实质上是具有一个可变参数的电容器。
利用平板电容器原理：0r SS C ddεεε==（1）式中，S 为极板面积，d 为极板间距离， 为真空介电常数， 为介质相对介电常数。
可以看出：当被测物理量使S 、d 或 发生变化时，电容量C 随之发生改变。
如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。
所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介电常数的变介电常数式。
本实验采用变面积式电容传感器。
变面积式电容传感器中，平板结构对极距特别敏感且边缘效应明显，测量精度容易受到影响，而圆柱形结构受极板间径向变化的影响很小，边缘效应很小，且理论上具有更好的线性关系（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多），因而成为实际工作中最常用的结构，如图1所示。
两只圆柱形电容器C 1、C 2共享一个内圆柱极板，当内极板随被测物体移动时，两只电容器C 1、C 2内外极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出；通过处理电路将差动电容的变化转换成电压变化，进行测量，就可以计算内极板的移动距离。
根据圆柱形电容器计算公式，线位移单组式的电容量C 在忽略边缘效应时为：212ln(/)l C r r πε=（2） 式中l ——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；r 2、r 1——外圆筒内半径和内圆柱外半径。
霍尔位移传感器
霍尔位移传感器若令霍尔元件的工作电流保持不变，而使其在一个均匀梯度磁场中移动，它输出的霍尔电压VH 值只由它在该磁场中的位移量Z 来决定。
图28 示出3 种产生梯度磁场的磁系统及其与霍尔器件组成的位移传感器的输出特性曲线，将它们固定在被测系统上，可构成霍尔微位移传感器。
从曲线可见，结构（b）在Z< 2mm时，VH 与Z 有良好的线性关系，且分辨力可达1μm，结构（C）的灵敏度高，但工作距离较小。
图28 几种产生梯度磁场的磁系统和几种霍尔位移传感器的静态特性用霍尔元件测量位移的优点很多：惯性小、频响快、工作可靠、寿命长。
以微位移检测为基础，可以构成压力、应力、应变、机械振动、加速度、重量、称重等霍尔传感器。
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。
本文简要介绍其工作原理，产品特性及其典型应用。
霍尔器件是一种磁传感器。
用它们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。
霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm 级）。
取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。
按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。
前者输出模拟量，后者输出数字量。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。
前者是直接检测出受检测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，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、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，转变成电量来进行检测和控制。
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霍尔式位移传感器工作原理
霍尔式位移传感器是一种通过霍尔效应来测量物体位移的传感器。
霍尔效应是指当电流通过垂直于电流方向的导电材料时，在导电材料中会形成横向电场，从而产生一种横向电势差。
基于这个效应，霍尔式位移传感器利用霍尔元件感知物体的位移。
霍尔式位移传感器主要由霍尔元件、磁场源和信号处理电路组成。
磁场源通常使用稳定的磁体或永磁体，用以产生一个稳定、均匀的磁场。
霍尔元件是一种特殊的半导体器件，它根据物体位移的变化来感知磁场的变化，并生成相应的电压或电流信号。
当物体位移时，由于物体上有磁性材料，磁场源产生的磁场会受到物体位移的影响而发生变化。
当物体靠近霍尔元件时，磁场增强，霍尔元件感受到较高的磁场强度；当物体远离霍尔元件时，磁场减弱，霍尔元件感受到较低的磁场强度。
霍尔元件通过测量感知到的磁场强度变化，将其转换为与物体位移相关的电压或电流信号。
这个信号经过信号处理电路放大、滤波等处理后，输出一个与物体位移成比例的电信号。
因此，霍尔式位移传感器的工作原理即基于霍尔效应，通过感知物体位移对磁场的改变来实现位移的测量。