傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 知識(shí)點(diǎn)：5.2霍爾元件的特性參數(shù)和誤差補(bǔ)償

傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目五

基于霍爾傳感器的車速測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與制作霍爾元件的特性參數(shù)和誤差補(bǔ)償霍爾額定激勵(lì)電流I：當(dāng)霍爾元件自身溫升10℃時(shí)所流過(guò)的激勵(lì)電流?；魻栕畲笤试S激勵(lì)電流Imax

:以元件允許最大溫升為限制，所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流。因霍爾電勢(shì)隨激勵(lì)電流增加而線性增加，所以使用中希望選用盡可能大的激勵(lì)電流，因而需要知道元件的最大允許激勵(lì)電流。改善霍爾元件的散熱條件，可以使激勵(lì)電流增加。

霍爾元件的主要特性參數(shù)霍爾輸入電阻Rin：霍爾控制電極間的電阻值?；魻栞敵鲭娮鑂out：霍爾輸出電極間的電阻值?；魻栯姌O輸出電勢(shì)對(duì)電路外部來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)電壓源，其電源內(nèi)阻即為輸出電阻。以上電阻值是在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，且環(huán)境溫度在20℃±5℃時(shí)所確定的。

霍爾元件的主要特性參數(shù)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)α:在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流下，溫度每變化1℃時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率，它同時(shí)也是霍爾系數(shù)的溫度系數(shù)。霍爾靈敏系數(shù)KH:在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度作用下，霍爾器件輸出端的開(kāi)路電壓，稱為霍爾靈敏系數(shù)KH，霍爾靈敏系數(shù)KH的單位為V/（A·T）。

霍爾元件的主要特性參數(shù)

霍爾元件的零位誤差是指在無(wú)外加磁場(chǎng)或無(wú)控制電流的情況下，霍爾元件產(chǎn)生輸出電壓并由此而產(chǎn)生的誤差。它主要表現(xiàn)為以下幾種具體形式。

零位誤差及補(bǔ)償1.不等位電動(dòng)勢(shì)：不等位電動(dòng)勢(shì)是零位誤差中最主要的一種，它是當(dāng)霍爾元件在額定控制電流(元件在空氣中溫升10℃所對(duì)應(yīng)的電流)作用下，不加外磁場(chǎng)時(shí)，霍爾輸出端之間的空載電動(dòng)勢(shì)。

零位誤差及補(bǔ)償當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則它的霍爾電勢(shì)應(yīng)該為零，但實(shí)際不為零。這時(shí)測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)稱為不等位電勢(shì)。

霍爾元件的主要特性參數(shù)不等位電勢(shì)和不等位電阻

產(chǎn)生不等位電勢(shì)現(xiàn)象的原因不等位電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極對(duì)稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點(diǎn)不能完全位于同一等位面上。此外,霍爾片電阻率不均勻，或片厚薄不均勻，或控制電流極接觸不良都將使等位面歪斜，如圖所示，致使兩霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動(dòng)勢(shì)。

霍爾元件的主要特性參數(shù)不等位電勢(shì)也可用不等位電阻表示，即式中：U0——不等位電勢(shì)；

r0——不等位電阻；

I——激勵(lì)電流。由式可以看出，不等位電勢(shì)就是激勵(lì)電流流經(jīng)不等位電阻r0所產(chǎn)生的電壓。

零位誤差及補(bǔ)償在理想情況下R1=R2=R3=R4，即可取得零位電動(dòng)勢(shì)為零(或零位電阻為零)，從而消除不等位電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際上，若存在零位電動(dòng)勢(shì)，則說(shuō)明此4個(gè)電阻不完全相等，即電橋不平衡。為使其達(dá)到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)可調(diào)電阻RP或在兩個(gè)臂上同時(shí)并聯(lián)電阻RP和R。

霍爾元件零位誤差補(bǔ)償電路零位誤差及補(bǔ)償補(bǔ)償電路法解決不等位電勢(shì)現(xiàn)象2.寄生直流電勢(shì)由于霍爾元件的電極不可能做到完全的歐姆接觸，在控制電極板和霍爾電勢(shì)板上都可能出現(xiàn)整流效應(yīng)。因此，當(dāng)元件通以交流控制電流（不加磁場(chǎng)）時(shí)，它的輸出除了交流不等位電勢(shì)外，還有一直流電勢(shì)分量，此電勢(shì)分量稱為寄生直流電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生寄生直流電勢(shì)的原因：（1）控制電流與霍爾電勢(shì)極的歐姆接觸不良造成的整流效應(yīng)；（2）由于霍爾電勢(shì)極的焊點(diǎn)大小不一致，兩焊點(diǎn)的熱容量不一致產(chǎn)生溫差，造成直流附加電勢(shì)。

霍爾元件的主要特性參數(shù)減小寄生直流電勢(shì)的措施：寄生直流電勢(shì)是霍爾元件零位誤差的一個(gè)組成部分，它的存在對(duì)于霍爾元件在交流情況下使用是有很大妨礙的，尤其是這個(gè)直流附加電勢(shì)是隨時(shí)間變化時(shí)，這將會(huì)導(dǎo)致輸出漂移，為了減少寄生直流電勢(shì)，在元件的制作和安裝時(shí)，應(yīng)盡量改善電極的歐姆接觸性能和元件的散熱條件。寄生直流電勢(shì)是霍爾元件零位誤差的一部分，一般在1mV以下，它是影響霍爾片溫漂的原因之一。

霍爾元件的主要特性參數(shù)3.感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)定義：當(dāng)沒(méi)有控制電流時(shí)，在交流或脈動(dòng)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電勢(shì)叫感應(yīng)零電勢(shì)Vi0。感應(yīng)零電勢(shì)大小與霍爾電極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積A成正比，如圖（a）所示。由電磁感應(yīng)定律。

下式中B為感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)零電勢(shì)補(bǔ)償方法如圖（b）（c），使霍爾電勢(shì)極引線圍成的感應(yīng)面積A所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)互相抵消。

零位誤差及補(bǔ)償4.霍爾元件控制電流產(chǎn)生自激場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)自激場(chǎng)：當(dāng)霍爾元件通以控制電流時(shí)，此電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)稱為自激場(chǎng)。左右兩半場(chǎng)相等，產(chǎn)生的電勢(shì)方向相反而抵消，如圖（a）所示。自激場(chǎng)零電勢(shì)：實(shí)際應(yīng)用時(shí)并非兩半場(chǎng)相等，如圖（b）分布量，因而有霍爾電勢(shì)輸出，這輸出稱為自激場(chǎng)零電勢(shì)?？朔约?chǎng)零電勢(shì)措施：只要在安裝過(guò)程中，適當(dāng)安排控制電流引線就可以消除自激場(chǎng)零電勢(shì)。

零位誤差及補(bǔ)償在上述的4種零位誤差中，寄生直流電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)以及自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)，是由于制作工藝上的原因而造成的