物流1101 李维洲 0121118700108
摘要：霍尔式传感器是基于霍尔效应的一种传感器，它具有结构简单，形小体轻、无触点、频率响应范围宽、动态范围大、寿命长等优点，被广泛应用于各种生产生活中。
关键字：霍尔式传感器；认识；应用；发展。
1.霍尔效应及霍尔元件。
1.1霍尔效应。
霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔于2023年在研究金属的导电机制时发现的。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，这一现象就是霍尔效应。
在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，此电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移。
假设导体为一个长方体，长度分别为a、b、c，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流i = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为vh，导体沿霍尔电压方向的电场为vh / a。
设磁场强度为b。
洛伦兹力。f =qe+qvb/c (gauss 单位制)
电荷在横向受力为零时不在发生横向偏转，结果电流在磁场作用下在器件的两个侧面出现了稳定的异号电荷堆积从而形成横向霍尔电场。
e= -vb/c
由实验可测出 e= uh/w 定义霍尔电阻为。
rh= uh/i =ew/jw= e/j
j = q n v
rh=-vb/c /(qn v)=-b/(qnc)
uh=rh i= -b i /(q n c)
1.2霍尔元件的基本结构和基本特性。
霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。它的结构很简单，由霍尔片、引线和壳体组成。图示为一种霍尔元件。
1.3霍尔元件的基本特性。
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*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。
2.霍尔灵敏度kh（又称霍尔乘积灵敏度）
霍尔灵敏度与霍尔系数成正比而与霍尔片的厚度δ成反比，即kh=rh/δ，它通常可以表征霍尔常数。
3.霍尔额定激励电流。
当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。
4.霍尔最大允许激励电流。
以霍尔元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。
5.霍尔输入电阻。
霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。
6.霍尔输出电阻。
霍尔输出电极间的电阻值称为输出电阻。
7.霍尔元件的电阻温度系数。
在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1℃时，电阻的相对变化率，用α表示，单位为%/℃
8.霍尔不等位电势（又称霍尔偏移零点）
在没有外加磁场和霍尔激励电流为i的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为不等位电势。
9.霍尔输出电压。
在外加磁场和霍尔激励电流为i的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为霍尔输出电压。
10.霍尔电压输出比率。
霍尔不等位电势与霍尔输出电势的比率。
11.霍尔寄生直流电势。
在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称寄生直流电势。
12.霍尔不等位电势。
在没有外加磁场和霍尔激励电流为i的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
13.霍尔电势温度系数。
在外加磁场和霍尔激励电流为i的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。它同时也是霍尔系数的温度系数。
14.热阻rth
霍尔元件工作时功耗每增加1w，霍尔元件升高的温度值称为它的热阻，它反映了元件散热的难易程度，单位为： 摄氏度/w
无刷电机霍尔传感器ah44e
开关型霍尔集成元件，用于无刷电机的位置传感器。
引脚定义（有标记的一面朝向自己）：（左）电源正；（中）接地；（右）信号输出。
体积(mm)：4.1*3.0*1.5
安装时注意减少应力与防静电。
2.霍尔式传感器的测量物理量。
2.1测量磁场。
测量磁场的方法很多，而利用霍尔效应测量磁场方法比较简单，n型锗(ge)和砷化钙(caas)霍尔元件的霍尔电势温度系数小，线性范围大，适用于做测量磁场的探头。将用霍尔元件制成的探头置于待测磁场中，并输入一定的工作电流i，则有霍尔电势uh= khib输出。要注意的是此uh是在磁力线和霍尔元件表面垂直时的霍尔电势。
若不垂直，则uh= khibcosα(α为磁力线方向与霍尔元件表面法向之间夹角)，其工作电流由恒流源或恒压源供给，用电表或电位差计测量霍尔电势uh，则uh正比于磁场b。用霍尔元件做探头，可以制成测量磁场分布的特斯拉计(磁场计)用于测量10-7~10t量级的磁场。地磁场约为10-5t量级，因而也可测地磁场，在对弱磁场进行检测时，可以采用高磁导率的磁性材料集中磁通(集束器)来增强磁场强度以方便测量。
因霍尔元件尺寸极小，可进行多点检测，由计算机进行数据处理，得到磁场的分布状态，测量精度可从1%到0.01%。
2.2测电流。
根据安培定律，在载流导体周围将产生正比于该电流的磁场。将霍尔元件置于这一磁场中，即可获得正比于该磁场的霍尔电势uh。测量该霍尔电势uh的大小，可间接测量电流i0的大小。
用环形导磁材料作成铁芯，套在被测电流流过的导线上，如图所示。
电流感生的磁场聚集在铁芯中，在铁芯上开一个与霍尔元件厚度相等的气隙，并将线型霍尔元件紧紧地夹在气隙中间，霍尔集成电路就输出与被测电流成正比的霍尔电势uh=khib = k' i i0。式中i为工作电流，i0为被测电流。
近十多年来，根据这一原理制成霍尔钳形电流表，可以测量高达2 000 a的电流。电流波形可以是100 khz的正弦波和电工技术较难测量的高频窄脉冲，低端可以是直流电。由于测量回路与主回路隔离，具有测量精确度，不需切断电路电流，功耗低等优点。
2.3测量负载功率。
由于霍尔电势正比于磁感应强度b和工作电流i之积，如果i和b是两个独立变量，霍尔元件就是一个简单实用的模拟乘法器。如果i和b分别与某一负载两端的电压和通过的电流有关，则霍尔元件便可用于该负载的功率测量。将霍尔元件h与负载电阻rl串联，其负载电流il即霍尔元件h的工作电流，使h的外加磁场b正比于外加电压ui，如图所示，即bi=k1ui，其中k1为与电路器件、器件材料和结构有关的常数，因此霍尔电势uh=khilbi=khilk1ui=kp.
式中k=rhk1是常数，p=uiil是功率。霍尔电势uh与功率成正比，该电路可用于直流功率的测量。指示仪表采用功率刻度的伏特表做成直读式功率计，用于测量负载的功率。
测量直流范围可以从几微瓦到数百瓦，测量误差一般小于1%。根据同样的思路，也可设计出测量交流负载的功率表。
2.4测位移。
使霍尔元件在已知的梯度磁场中移动，则霍尔电势的大小就反映出磁场的变化，因而也能反映位移的变化，在此情况下，利用霍尔效应可以测量微小位移。
3.南京奇霍科技****cs040g系列霍尔电流传感器简介。
应用霍尔效应开环原理的电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流。
相关电参数。
4.结束语。
应用霍尔效应测量物理量，需要有霍尔系数大的n型半导体材料制作灵敏度大的霍尔元件。而霍尔效应发生时还伴随有其它副效应及温度变化的影响。测试者在使用霍尔元件时应努力减小或修正各种副效应和温度带来的系统误差，在此基础上进一步开拓霍尔效应在测量、工程技术中的应用，其前景是很宽阔的。
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