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霍尔元件如何测量电磁场?

返回列表 来源:本站 浏览:66 发布日期:2021-08-28 01:14:40【
    霍尔元件分为线性特性和开关特性两种,磁通计中的传 感器大多采用具有线性特性的霍尔元件,开关特性随磁体本 身的材料及形状不同而异,低磁场时磁通饱和,直流无刷电动 机的控制一般采用具有开关元件的霍尔传感器。它还会产生 不等位电势,相应的也会有不等位电阻,原因是:霍尔电极安 装不对称或不在同一等电位上;半导体材料不均匀;激励电极 接触不良造成激励电流不均匀。霍尔元件还存在负载特性, 当霍尔电极间串联有负载时,由于要流过霍尔电流,故在其内 阻上产生压降,实际的霍尔电势比理论值略低。
    2 测量方法与电路
    霍尔传感器的基本测量电路,电源 E 提供激励电流,可变 电阻 RP 用于调节激励电流 I 的大小,RL 为输出霍尔电势 uH 的负载电阻,一般用于表征显示仪表、记录装置或放大器的输 入阻抗。
    3 霍尔元件不等位电势进行补偿
    不等位电势与霍尔电势以及具有一定相同的数量级,有时我们甚至超 过霍尔电势,而实用中要消除不等位电势是极其严重困难的,因而 必须通过采用经济补偿管理办法。分析等位基因的潜力,可以是霍尔效应元件或类似的桥梁,通过分析等位基因补偿潜在的电桥平衡。 当电桥平衡时,不等位电势为零。实际上,由于激励电极 不在同一等位面上,此四个电阻阻值不相等,电桥不平衡,不 等位电势不为零,可以根据两电极电位的高低,判断应在某一 桥壁上并联一定的电阻,使电桥达到平衡,不等位电势为零。
    4 恒流源供电
    根据霍尔效应的原理,在电磁检测时当输入电流恒定,霍 尔传感器输出的霍尔电势仅由外界磁场的磁感应强度唯一决 定,因而宜采用恒电流源作为其工作输入电源。 霍尔传感器的工作电流通常在2~5mA,一般采用LM334Z 作为恒流源输入。LM334Z 是一种 3 端可调恒流源,输出一个电流 还有由外部影响电阻进行调节。 然而,半导体材料对温度变化很敏感,因此通过二极管和电阻器进行温度补偿,以消除温度对其输出的影响。 电流I等于三路电流总和,根据给定温度对电压漂移的影 响系数 227uV/℃,二极管的温度系数为 2.5mV/℃。经过基本 电路分析计算可得 I=0.134U/Rp 其中 U 为 LM334Z 上的电压。因此可以通过调节 Rp 的 阻值来控制恒流源的输出。
    5 霍尔传感器的应用
    根据式U=KHIB,霍尔传感器的应用可以分为下述三个方面: (1)当输入电流恒定不变时,传感器的输出正比于磁感应 强度。因此,任何可以被转换成在物理量的磁感应强度B的变化可被测量,例如位移,角度,速度和加速度。 (2)当磁感应技术强度 B 保持恒定时,传感器的输出一个正比于控制电流 I 的变化。因此,在当前的任何变化可以被转换成一个物理量,可以测量和控制。 (3)由于霍尔电压正比于控制工作电流 I 和磁感应强度 B,所以凡是我们可以通过转换发展成为一个乘法的物理量(如功率)都可以进行分析测量。 根据霍尔元件的原理可以做成位移传感器、霍尔式汽车 点火器和转速器等。 在电磁场检测方面,可以分别应用开关型霍尔和线性霍 尔,不同的特性应用区别很大。线性霍尔元件可以根据实际 的磁场强度来选择相应的芯片来制作电磁传感装置,只是在 传感器的输出时要加入调理电路,将信号变送为需要的电压 信号,具体的外部变送电路根据芯片资料提供的设计基本可 以完成检测要求。开关特性霍尔元件,应用范围很广,主要用 于检测脉冲信号或者计数的传感器的设计。汽车电子的应用 中很多,例如在汽车助力转向装置中用于检测转动方向与角 度的转角传感器中,用开关型霍尔元件设计的用于计数的检 测,将计数结果交给单片机处理,根据每个脉冲所经过的角度 计算出转向跟转过的角度,输出一个力矩给执行装置,达到助 力转向的目的。
    例如 3144E,直接接入单片机 I/O 口就可以 检测的到信号,或者可以上拉到 5V,检测的效果不很明显,最 大高度也很低,可能会影响到车子的整体性能。干簧管检测 就很灵敏,而其检测的最大高度较霍尔能好一些。