霍尔元件一般具有正温度系数
霍尔传感器基础知识单选题100道及答案解析
霍尔传感器基础知识单选题100道及答案解析1. 霍尔传感器是基于（）效应工作的。
A. 压电B. 热电C. 霍尔D. 光电答案：C解析：霍尔传感器是基于霍尔效应工作的。
2. 霍尔效应是指在（）中，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。
A. 半导体B. 绝缘体C. 导体D. 超导体答案：C解析：霍尔效应是在导体中产生的现象。
3. 霍尔传感器主要用于测量（）。
A. 温度B. 压力C. 磁场D. 位移答案：C解析：霍尔传感器主要用于测量磁场。
4. 霍尔传感器输出的信号是（）。
A. 模拟信号B. 数字信号C. 脉冲信号D. 交流信号答案：A解析：霍尔传感器输出的通常是模拟信号。
5. 影响霍尔传感器测量精度的因素不包括（）。
A. 温度B. 磁场干扰C. 电源电压D. 光照强度答案：D解析：光照强度通常不是影响霍尔传感器测量精度的因素。
6. 霍尔传感器的灵敏度与（）有关。
A. 材料性质B. 几何尺寸C. 工作温度D. 以上都是答案：D解析：霍尔传感器的灵敏度与材料性质、几何尺寸和工作温度都有关系。
7. 以下哪种材料不适合制作霍尔传感器（）。
A. 硅B. 锗C. 铜D. 砷化镓答案：C解析：铜不具有明显的霍尔效应，不适合制作霍尔传感器。
8. 霍尔传感器的优点不包括（）。
A. 精度高B. 响应速度快C. 结构复杂D. 可靠性高答案：C解析：霍尔传感器结构相对简单，不是复杂。
9. 霍尔传感器在测量直流磁场时，（）。
A. 无需考虑磁场方向B. 需要考虑磁场方向C. 只适用于匀强磁场D. 只适用于非匀强磁场答案：B解析：测量直流磁场时需要考虑磁场方向。
10. 霍尔传感器的安装位置对测量结果（）。
A. 无影响B. 有影响C. 影响很小D. 不确定解析：安装位置会影响霍尔传感器与磁场的相对关系，从而对测量结果有影响。
11. 霍尔传感器的输出电压与（）成正比。
A. 输入电流B. 磁场强度C. 输入电流和磁场强度的乘积D. 输入电流和磁场强度的比值答案：C解析：霍尔传感器输出电压与输入电流和磁场强度的乘积成正比。
传感器习题及答案
选择题1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。
码盘按结构可以分为接触式、__a__和__c__三种。
a.光电式b.磁电式c.电磁式d.感应同步器2. 改变电感传感器的引线电缆后，___c___。
a.不必对整个仪器重新标定b. 必须对整个仪器重新调零c. 必须对整个仪器重新标定d. 不必对整个仪器重新调零3．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、__c__、__d__等。
a.测量范围的选择b.电源的选择c. 阻值的选择d. 尺寸的选择e.精度的选择f.结构的选择4．应变片绝缘电阻是指已粘贴的__b__应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件b.引线与被测试件c.基片与被测试件d.敏感栅与被测试件5．在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为_d_。
a.磁电效应b.声光效应c.光生伏特效应d.光电导效应6.结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。
线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为。
传感器的运动部分与衔铁相连。
当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙发生变化。
这种结构可作为传感器用于__c___。
a. 静态测量b. 动态测量c. 静态测量和动态测量d. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量7.4不属于测试系统的静特性。
（1）灵敏度（2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数8. 电阻应变片的输入为1。
（1）力（2）应变（3）速度（4）加速度9.结构型传感器是依靠3的变化实现信号变换的。
（1）本身物理性质（2）体积大小（3）结构参数（4）电阻值10.不能用涡流式传感器进行测量的是4。
（1）位移（2）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料11.变极距电容传感器的输出与输入，成1关系。
（1）非线性（2）线性（3）反比（4）平方12.半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是3。
霍尔元件简介
2工作原理霍尔元件应用霍尔效应的半导体。
所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。
金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。
当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。
半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。
利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。
霍尔电位差UH的基本关系为:UH=RHIB/d （1）RH=1/nq（金属）（2）式中RH――霍尔系数；n――单位体积内载流子或自由电子的个数；q――电子电量；I――通过的电流；B――垂直于I的磁感应强度；d――导体的厚度。
对于半导体和铁磁金属，霍尔系数表达式和式（2）不同，此处从略。
由于通电导线周围存在磁场，其大小和导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。
利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。
其优点是不和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。
若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。
利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。
根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。
若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。
[1]3元件特性1、霍尔系数（又称霍尔常数）RH在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B的乘积成正比，与霍尔片的厚度δ成反比，即UH =RH*I*B/δ，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。
另RH=μ*ρ即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。
霍尔元件
(a)线性型
(b)开关型
图 9 霍尔集成电路的输出特性
开关型霍尔集成电路可在一定范围的磁场中获得 ON-OFF 的电压，此开关型对磁场的磁滞(关动作更为霍尔集成电路线性型确实起见而故意如此设计的。
依照制造方法加以分类时如表 2 所示，但任何一种制造方法虽然均可获得同样的特性，在现阶段中，双极性型霍尔
图 10 使用霍尔集成电路的开关
图 11 是 A44E 集成霍耳开关,A44E 集成霍耳开关由稳压器 A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)(mT)、差分放大器 C、 施密特触发器 D 和 OC 门输出 E 五个基本部分组成，如图 12(a)所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍耳开关的三个引 出端点。在输入端输入电压 VCC，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在 磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差 H V 输出，该 H V 信号 经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到 OC 门输出。当施加的磁场达到工作点(即 BOP)时，触 发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时 OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的 磁场达到释放点(即 BrP)时，触发器输出低电压，三极管截止，使 OC 门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压 变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。BOP 与 BrP 的差值一定，此差值 BH = BOP - BrP 称为磁滞，在此差值内， V 0 保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳开关传感器优良特性之一。
图 1 霍尔组件之原理 在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁力的作用（有磁场） ，而改变电子行进的方向。若电场 与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电洞） ，将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电 位差即霍尔电压（霍尔电压） 在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的 N 型半导体材料。将一 定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论： (1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。 (2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。 由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。
霍尔元件简介
2工作原理霍尔元件应用霍尔效应的半导体。
所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。
金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。
当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。
半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。
利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。
霍尔电位差UH的基本关系为:UH=RHIB/d （1）RH=1/nq（金属）（2）式中RH――霍尔系数；n――单位体积内载流子或自由电子的个数；q――电子电量；I――通过的电流；B――垂直于I的磁感应强度；d――导体的厚度。
对于半导体和铁磁金属，霍尔系数表达式和式（2）不同，此处从略。
由于通电导线周围存在磁场，其大小和导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。
利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。
其优点是不和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。
若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。
利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。
根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。
若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。
[1]3元件特性1、霍尔系数（又称霍尔常数）RH在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B的乘积成正比，与霍尔片的厚度δ成反比，即UH =RH*I*B/δ，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。
另RH=μ*ρ即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。
第4章 磁敏传感器-PPT课件
0
得
RL
Ro0
1
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
3、采用恒压源和输入回路串联电阻 4、采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝等)
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传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
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传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
霍尔元件不等位电势 U 0的温度补偿
B=0 欧姆表
2019/7/5
传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
（4）基本特性
UH＝ KH I B
直线性：指霍尔器件的输出电势UH分别和基本参数
I、U、B之间呈线性关系。
灵敏度KH：
乘积灵敏度：
霍尔元件的输出电压要由磁感应强度B和控制电流
I的乘积来确定,表示霍尔电势UH与两者乘积之间的比
值，通常以mV/(mA·0.1T)。
简单、测量精度差、 受外界干扰大
IC VH
I
B
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传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
（2）导线贯穿磁芯法
导磁铁芯
环形铁芯集中磁力线， 提高电流测量精度
（3）绕线法
I
通电导线
• 该电场产生的电场力fE 阻止电子继续偏转。
当fEfl 时，电荷积累 平达 衡到 。
fl e(vB) fEeE
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传感器原理及应用
第4章 磁敏传感器
fle(vB )fEeE
EvBU bHEvBUHbvB
Inebd
U HB bn Ie B dR HId BK H IBRH
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传感器原理及应用
项目4霍尔传感器
霍尔元件材料：
1．锗(Ge) 输出小，但温度性能和线性度较好；
2．硅(Si) 线性度最好，但带负载能力较差，通常不作单
个霍尔元件； 3．砷化铟(InAs)
输出较大，受温度影响小，线性度较好，应用 较多； 4．锑化铟(InSb)
输出大，但受温度影响大（尤其是低温）
2) 测量电路
图中控制电流I由电源 UE供给，可以是直流电源 或交流电源，调节电阻RW 是用来调节控制电流I的大 小；RL是霍尔输出电压UH 的负载电阻，通常是放大
4、集成霍尔传感器 集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测 量线路集成在一起的一种传感器。它取消了传感器和测量电 路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍 尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了 可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点，正 越来越爱到众的重视。 集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。按 照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性 集成霍尔传感器两种类型。
(1) 开关型集成霍尔传感器
开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处 理后输出一个高电平或低电平的数字信号。其典型电路 见图。
U0 UOH
UOL
B(L H)
B(H L) B
图6-2-7 输出电平U0与B的关系
集成霍尔传感器的输出电平与磁场B之
间的关系见图6-2-7，可以看出，集成霍 尔传感器的导通磁感应强度和截止磁感应 强度之间存在滞后效应。
I H
和霍尔电压 V ，就可以根据下式 H
B V KI
H
H
求出磁感应强度B。
霍尔效型半导体材料制成的
霍尔元件。当沿X方向通以电流 I 后，载流子（对N型半 H
电动车霍尔元件型号参数
电动车霍尔元件型号参数电动车霍尔元件是电动车中重要的传感器元件，用于检测电动车电机的转速和位置。
它通过测量磁场的变化来实现对电动车电机的控制和调节。
不同型号的电动车霍尔元件具有不同的参数，下面将介绍几种常见型号的电动车霍尔元件及其参数。
1. 型号A：型号A的电动车霍尔元件采用三线输出方式，具有以下参数：- 工作电压：3.3V-5V- 输出信号：低电平<0.5V，高电平>2.5V- 探测距离：0.5mm-2mm- 响应时间：1us- 工作温度：-40℃-150℃2. 型号B：型号B的电动车霍尔元件采用双线输出方式，具有以下参数：- 工作电压：3V-6V- 输出信号：高电平>3V，低电平<0.3V- 探测距离：1mm-5mm- 响应时间：2us- 工作温度：-20℃-85℃3. 型号C：型号C的电动车霍尔元件采用四线输出方式，具有以下参数：- 工作电压：4.5V-24V- 输出信号：高电平>3V，低电平<1V- 探测距离：2mm-10mm- 响应时间：3us- 工作温度：-40℃-125℃这些电动车霍尔元件的参数有所差异，可以根据电动车电机的具体要求选择合适的型号。
一般来说，型号A适用于转速较高的电动车电机，具有较高的灵敏度和响应速度；型号B适用于转速较低的电动车电机，具有较大的探测距离；型号C适用于工作环境温度较高的电动车电机，具有较高的耐温性能。
除了上述参数外，电动车霍尔元件还具有一些其他的特性：- 防水性能：电动车霍尔元件通常需要具备较好的防水性能，以适应复杂的工作环境。
- 抗干扰能力：电动车霍尔元件需要具备一定的抗干扰能力，以保证其正常工作不受外界干扰影响。
- 稳定性：电动车霍尔元件需要具备较好的稳定性，以保证长时间的可靠工作。
电动车霍尔元件的型号参数对于电动车电机的控制和调节非常重要。
在选择电动车霍尔元件时，需要根据电动车电机的具体要求和工作环境来确定合适的型号，并注意其工作电压、输出信号、探测距离、响应时间和工作温度等参数。
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（2）UH-B特性
U H ( B) kB U H ( B0 )
当控制电流恒定时，霍尔元件的 输出随B增加并不完全是线性关 系，B＜0.5T时， UH-B才呈较好 线性。其中Hz-4型元件线性度高 。 当磁场为交变、电流是直流时， 由于交变磁场在导体内产生涡流 而输出附加霍尔电势，因此霍尔 元件只能在几千Hz频率的交变磁 场内工作。
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基本电路
RW调节控制电流的大小。 RL为负载电阻，可以是放大器的内阻或指示器内阻。 霍尔效应建立的时间极短（10-12～10-14S），I即可以是直 流，也可以是交流。 若被测物理量是I、B或者IB乘积的函数，通过测量霍尔电 势UH就可知道被测量的大小。
B b fE d fL v
FL eV B
I E
H
U FE eEH e H b
UH
evB e
UH b
U H bvB
I nebd
I nevbd v
IB IB RH k H IB ned d
1 RH ne 霍尔系数，材料确定后为常数
等电位面歪斜
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不等位电势补偿的方法 理想情况下, R1=R2=R3=R4, U0＝0
由于不等位电阻的存在,说明此四个电阻值不相等,
则 电桥不平衡。为使其达到平衡，可在阻值较大的桥臂 上并联电阻，或在两个桥臂上同时并联电阻。
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2、性能补偿 （1）温度补偿
霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它们的 许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔 系数都将发生变化, 从而使霍尔元件产生温度误 差。
1）采用恒温措施
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二、元件特性及其补偿 （1）UH-I特性
IB dU H UH k H IB k I ned dI
分析：
B c
kH B
1.UH-I特性曲线是线性的；
2.kI-kH成正比∴ kI∝1/d，∴kI大 的元件，d小，不能通过较大电 流，UH∝I不一定高，
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（2）不等位电势补偿
当霍尔元件B=0，I≠0，UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有: ① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上； ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀；
两电极电不在同一等电位面上
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
钢质
霍尔
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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另一种转速测量安装方法
磁性转盘的输入轴与被测转轴相连, 当被测转轴转动时, 磁 性转盘随之转动, 固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可 在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲, 检测出单位 时间的脉冲数, 便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目 的多少决定了传感器测量转速的分辨率。
2）UH=KHIB：采用恒流源供电, 可以使霍尔电势稳 定（减小由于输入电阻R随温度t变化而引起的激励 电流I变化所带来的影响。）
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3）热敏电阻补偿
霍尔元件一般具有正温度系数，即输出随温度升高而下 降，若能使控制电流随温度升高而上升。 输入回路串热敏电阻（当温度上升时其阻值下降，使 控制电流上升。） 输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下 降被热敏电阻阻值减小所补偿。 在使用时，热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起 或靠近，使它们温度变化一致。
kH
RH d
灵敏度系数
对于导体，霍尔系数一般较小，故霍耳元件一般 用半导体制作，且愈小（薄），灵敏度愈高
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霍尔元件基本结构
由霍尔片、引线和壳体组成, 如图所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。1、 1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线 为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔元件壳体由非导磁金 属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电路中霍尔元件可用两种 符号表示。
由于金属材料的霍尔效应太弱而没有
得到应用。随着半导体技术的发展,
开始用半导体材料制成霍尔元件, 由
于它的霍尔效应显著而得到应用和发 展。ห้องสมุดไป่ตู้尔传感器广泛用于电磁测量、 压力、加速度、振动等方面的测量。
霍尔元件是一 种四端元件
电子与信息工程学院控制科学与工程系 定向运动的电子除受到洛仑兹力外，还受到霍尔电场的作用， 当fl=fE时，达到平衡，此时
f = np
N = npt⇒n = N / pt
f n 60 22
线性霍尔
N S
磁铁
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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。
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四、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 。
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1、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。
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传感器与检测技术
主讲教师：苏永清
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物理现象观察
霍尔效应
电子与信息工程学院控制科学与工程系
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第8章 霍尔传感器
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种 传感器。1879年美国物理学家霍尔首 先在金属材料中发现了霍尔效应, 但