第7章 霍尔式传感器及应用
霍尔传感器的原理及应用
霍尔传感器的原理及应用导读：霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔(A.H.Hall，1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
标签：霍尔传感器LED设备控制器恒流源霍尔效应的原理霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔(A.H.Hall，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。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关;IC为霍尔元件的偏置电流;B为磁场强度;d 为半导体材料的厚度。
对于一个给定的霍尔器件，Vh将完全取决于被测的磁场强度B。
一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。
如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。
一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出;若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。
为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金;这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。
近年来，由于半导体技术的飞速发展，出现了各种类型的新型集成霍尔元件。
这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。
线性霍尔元件的原理:UGN350lT是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。
它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。
用UGN350lT可以十分方便地组成一台高斯计。
其使用十分简单，先使B=0，记下表的示值VOH，再将探头端面贴在被测对象上，记下新的示值VOH1。
霍尔电流传感器的应用
霍尔电流传感器的应用霍尔电流传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中以及新兴的太阳能、风能和地铁轨道信号、汽车电子等领域。
1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。
在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。
2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。
3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接测和交流测的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。
4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。
使用①霍尔电流传感器发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，②霍尔电流传感器发出的信号控制逆变器，③霍尔电流传感器控制浮充电源。
由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。
5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。
它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。
用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。
用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。
6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。
而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。
7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。
《霍尔式传感器》课件
霍尔式传感器能够将磁场变化转化为电信号，从而检测汽车发动机的转速和车速。在汽车气瓶压力检 测中，霍尔式传感器可以实时监测气瓶压力，确保行车安全。
在环境监测中的应用
总结词
霍尔式传感器在环境监测领域的应用主要包括空气质量检测、水质监测和气象监测等方面。
详细描述
在空气质量检测中，霍尔式传感器可以检测空气中的有害气体和颗粒物，为环境保护提供数据支持。在水质监测 中，它可以检测水中的溶解氧、PH值等参数，确保水质安全。在气象监测中，霍尔式传感器可以用于风速、风 向等参数的测量。
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4. 对于长期不使用的传感器，应定期通电检查，防止性能下降。
常见故障与排除方法
要点一
1. 输出信号异常
可能是由于电源故障、连接不良或传感器损坏等原因。
要点二
2. 测量误差大
可能是由于传感器老化、环境条件变化或电路故障等引起 。
常见故障与排除方法
3. 无输出信号
可能是由于电源未接通、连接线断路或传感器损坏等造 成。
详细描述
差分测量电路通过使用两个完全相同的霍尔元件，并将它们的输出电压差分放大来提高 测量精度和抗干扰能力。这种电路可以消除温度、电源电压和机械应力等外部因素对测
量结果的影响。
04 霍尔式传感器的应用实例
在汽车工业中的应用
总结词
霍尔式传感器在汽车工业中发挥着重要作用，主要用于检测车速、发动机转速、气瓶压力等参数。
在自动化生产线中的应用
总结词
霍尔式传感器在自动化生产线中的应用 主要包括物料传送、定位控制和机械臂 控制等方面。
VS
详细描述
在物料传送中，霍尔式传感器可以检测传 送带上物品的位置和速度，确保物品准确 无误地传送到指定位置。在定位控制中， 它可以用于控制机械臂的移动位置和速度 ，提高生产效率。在机械臂控制中，霍尔 式传感器可以检测机械臂的位置和姿态， 实现精确控制。
第7章 磁电式传感器1PPT课件
实际使用时, 器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出 可以正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。
（二）霍耳元件的主要技术参数
1）输入电阻Rin和输出电阻Rout
Rin指A，B两侧电流电极间的电阻，Rout指C、D两 侧霍耳元件电极间的电阻。
2）额定控制电流IC 室温条件下，允许通过霍耳元件的最大电流值。
I
B
V
R E
R3 UH
霍耳器件的基本电路
霍耳电势UH； 控制电压V；
输出电阻R2； 输入电阻R1； 霍耳负载电阻R3； 霍耳电流IH。
图中控制电流I由电源E供给。霍耳输出端接负载R3, R3可 是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B 垂直通过霍耳器件, 在磁场与控制电流作用下，由负载上 获得电压。
霍尔元件的主要技术参数
型号
EA218 FA 2 4 V H G -11 0 AG1 M F07FZZ M F19FZZ M H 07FZZ M H 19FZZ KH-400A
材料
InAs InAsP GaAs
Ge InSb InSb InSb InSb InSb
控制 霍尔 输入
电流 电压 电阻
(mA) (mV, 0.1T)
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。
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，转换成电量 来进行检测和控制。
（一）霍耳传感器工作原理 1、霍耳效应
B
w FE
FL v
H
I UH
③灵敏度低 与Insb霍尔传感器相比灵敏度低。大多数 Insb霍尔传感器的输出电压较高，但这类 传感器在500高斯左右开始达到饱和。 ④GaAs霍尔传感器的不平衡电压随温度变 化较大。 在弱磁场中(10高斯以下)不如InSb霍尔传 感器。
传感器原理及工程应用(第三版)郁有文1-5第7章
性很大，来不及随振动体一起振动， 近乎静止不动，振动能量
几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近 于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线， 从而 产生感应电势为
第7章 磁电式传感器
e B0lWv
式中：B0——工作气隙磁感应强度；
(7-3)
l——每匝线圈平均长度；
图7-1 变磁通式磁电传感器结构图 (a) 开磁路； (b) 闭磁路
第7章 磁电式传感器
图7-1 变磁通式磁电传感器结构图 (a) 开磁路； (b) 闭磁路
第7章 磁电式传感器
图7-1 变磁通式磁电传感器结构图 (a) 开磁路； (b) 闭磁路
第7章 磁电式传感器
图7-2 恒定磁通式磁电传感器结构原理图 （a） 动圈式； (b) 动铁式
（7-4)
Io BolW SI v R Rf
图7-3 磁电式传感器测量电路
（7-5)
第7章 磁电式传感器
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
Uo Io R f
BolWvR f R Rf
(7-6)
U o BolWR f SU v R Rf
(7-7)
当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械
第7章 磁电式传感器
图7-3 磁电式传感器测量电路
第7章 磁电式传感器
图7-4 传感器电流的磁场效应
第7章 磁电式传感器
2. 温度误差 当温度变化时，式（7-8）中右边三项都不为零，对铜线而 言每摄氏度变化量为dl/l≈0.167×10-4, dR/R≈0.43×10-2 ，dB/B每 摄氏度的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁 合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由式（7-8）可得近似值如下：
霍尔传感器的工作原理、分类及应用-6页word资料
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。
式中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。
霍尔传感器的工作原理分类及应用6页word
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。
式中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。
霍尔传感器(Hall Sensor)分类和工作原理及其应用
一，霍尔传感器(Hall Sensor)分类单极霍尔开关、双极霍尔开关、全极霍尔开关、无极霍尔开关、贴片霍尔开关、玩具霍尔开关、插件霍尔开关二，霍尔传感器(Hall Sensor)工作原理什么是霍尔传感器?霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。
若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。
霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
直流电机在转动过程中，绕组中的电流要不断地改变方向，以使转子向一个方向转动。
其中，有刷电机是采用电刷与换相器通过机械接触的方式进行换相的。
所以电刷在高速转动的时候会产生很大磨损，需要经常清理碳屑，如果电刷完全磨损了需要更换电刷，这都使得有刷电机的使用保养难度大大增强。
而无刷电机则是通过霍尔传感器检测出绕组实时运转位置的信号，再通过微处理器或专用芯片对采集的信号进行处理，并实时控制相应的驱动电路对电机绕组进行控制。
由于无刷电机的换相是通过传感器及相关电路进行的，所以无刷电机没有电刷与换相器的机械接触与磨损，不需要经常换电刷等易损器件，从而可有效提高电机的使用寿命，减少维修费用。
手机中的霍尔传感器(Hall Sensor），作用原理是霍尔磁电效应，当电流通过一个位于磁场中的导体时，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。
主要运用在翻盖解锁、合盖锁定屏幕等功能当中。
玩具用双输出霍尔开关DH482DH482是由混合信号CMOS工艺制造的霍尔IC，元件内部采用先进的斩波稳定技术，因而能提供准确和稳定的磁转换点。
DH482有两个输出，输出1对S极敏感，输出2对N极敏感。
产品特性及优点•微功耗电池供电应用•极性判断，在两个极性上都有输出（输出1：S极输出，输出2：N极输出）•工作电压可低至1.8V•高灵敏度•CMOS输出>> 产品应用领域•固态开关•无绳手机提醒开关•翻盖式手机屏保开关•磁极性传感器玩具用微功耗霍尔开关DH621是较新出现的类型，等同对待S极和N极，也被称为。
霍尔传感器原理与应用
明确学习目标，确定学习任务
结合教材及教师展示的资料理解霍尔效应
结合动画演示讲解磁电位置传感器的工作原理
通过具体应用进行讲解
结合动画演示讲解磁电位置传感器的工作原理
通过具体应用进行讲解
结合动画演示讲解磁电位置传感器的工作原理
通过具体应用进行讲解
教师示范、指导
学生分组操作
4.能通过实训使用直流电压表测量霍尔电流、位置传感器的特性输出；
5.能通过实训使用示波器测量霍尔转速传感器的波形，并做出正确分析。
学习任务描述：
随着汽车技术的发展，特别是新能源汽车的出现，传统接触式传感器的局限性越来越明显。霍尔传感器具备与被测对象无接触的优点，所以新能源汽车逐渐使用霍尔传感器来取代传统接触式传感器。
知识链接7：霍尔转速传感器在新能源汽车的应用
大部分品牌的新能源汽车使用的是霍尔式转速传感器，该传感器安装在动力系统的输出轴上。该信号用于汽车仪表系统显示车速、用于巡航定速系统的车速反馈和制动过程中ABS 控制制动力的分配等等。
磁电式传感器正常工作时无需外接电源，是利用磁电感应来测量物体转速的一种传感器。在新能源汽车领域，用于测量驱动电机的转速，主要是依靠信号盘的铁齿感应线圈来产生输出信号。该传感器制造成本低，工作可靠，安装方便，在传统发动机汽车和新能源汽车中都广泛使用。
2.能通过实训使用示波器测量霍尔转速传感器的波形，并做出正确分析。
德育 渗透点
万事开头难，做人事事情，从开头就要做好
教 学 重 点 难 点
重点
霍尔电流、转速、位置传感器的原理
难点
霍尔电流、转速、位置传感器的原理
学法引导
讲授法、讨论法；通过系统介绍引发学生兴趣，给出资料学生获取信息，然后应用所获信息解决问题
霍尔传感器的工作原理及应用领域
霍尔传感器的工作原理及应用领域
霍尔传感器利用霍尔效应来检测和测量磁场。
霍尔效应是指当通过导电材料的电流在垂直于材料表面的方向上受到外加磁场作用时，会在材料中产生一种电场，该电场与材料表面的电流方向呈垂直关系。
霍尔传感器通过测量这种电场的变化来间接测量磁场的强度。
具体而言，霍尔传感器通常由霍尔元件、电源和输出端组成。
霍尔元件是一个薄片状的材料，通常由半导体材料制成。
当磁场施加在霍尔元件上时，霍尔元件中的电荷被偏转，产生一个电位差。
这个电位差可以被测量和放大，然后通过输出端输出。
霍尔传感器的应用领域非常广泛。
以下是一些常见的应用领域：
1. 速度和位置测量：霍尔传感器可以用于测量旋转或线性位置，并且可以检测物体的运动速度。
2. 磁场测量：霍尔传感器可以测量磁场的强度和方向。
3. 电流测量：霍尔传感器可以测量通过导线的电流，通常用于电动车辆和电子设备中。
4. 接近开关：霍尔传感器可以用作接近开关，当检测到目标物体靠近时，会产生一个信号。
5. 汽车应用：霍尔传感器可以用于测量车速、转速和刹车踏板位置。
总之，霍尔传感器是一种非接触式测量磁场的设备，具有广泛的应用领域，包括速度和位置测量、磁场测量、电流测量、接近开关和汽车应用等。