3.3.1霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速原理

●項(xiàng)目——速度檢測(cè)●任務(wù)——霍爾傳感器汽車車速測(cè)量霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量?任務(wù)導(dǎo)入在汽車用速度及里程儀表中速度傳感器是十分重要的部件。車速傳感器控制器脈沖信號(hào)霍爾式接近開(kāi)關(guān)傳感器汽車行駛過(guò)程中的實(shí)時(shí)速度采集器?霍爾傳感器霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量●定義：霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的一種非接觸式傳感器特點(diǎn)多種非電量測(cè)量制作高斯計(jì)、電流表、接近開(kāi)關(guān)等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小動(dòng)態(tài)特性好壽命長(zhǎng)√直接測(cè)量磁場(chǎng)及微小位移量√間接測(cè)量液位、壓力等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，特別是在檢測(cè)微位移、大電流、微弱磁場(chǎng)等方面得到了廣泛應(yīng)用霍爾效應(yīng)霍爾傳感器霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾(A.H.Hall)1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這一現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。?霍爾傳感器工作原理●置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體內(nèi)通入電流，如電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量1.霍爾效應(yīng)?霍爾傳感器工作原理——霍爾效應(yīng)N型半導(dǎo)體薄片●在垂直于該半導(dǎo)體薄片平面的方向上，施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，在薄片左右兩端通以控制電流I，N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制是自由電子沿著與電流I相反的方向運(yùn)動(dòng)，受力方向可由左手定則判定，即使磁力線穿過(guò)左手掌心，四指指向電流方向，則拇指就指向多數(shù)載流子所受洛倫茲力FL的方向?；魻杺鞲衅鬓D(zhuǎn)速測(cè)量N型半導(dǎo)體薄片●由于洛侖茲力FL的作用，自由電子會(huì)向一側(cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)（如圖中虛線所示），結(jié)果在半導(dǎo)體的前端面上電子積累帶負(fù)電，而后端面缺少電子帶正電，在前后斷面間形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力FE阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)FE和FL相等時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)在半導(dǎo)體前后兩端面之間(即垂直于電流和磁場(chǎng)方向)建立電場(chǎng)，稱為霍爾電場(chǎng)EH，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)UH。?霍爾傳感器工作原理——霍爾效應(yīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量N型半導(dǎo)體薄片霍爾系數(shù)，材料確定后為常數(shù)靈敏度系數(shù)對(duì)于導(dǎo)體，霍爾系數(shù)一般較小，故霍爾元件一般用半導(dǎo)體制作，且愈?。ū。?，靈敏度愈高。?霍爾傳感器工作原理——霍爾效應(yīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量?霍爾傳感器工作原理——霍爾元件霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量●定義：基于霍爾效應(yīng)制成半導(dǎo)體元件稱為霍爾元件。1.霍爾元件結(jié)構(gòu)由霍爾片、引線和殼體組成霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個(gè)引線?！蘟、b兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱為激勵(lì)電極；√c、d引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極。（a）（b）?霍爾傳感器工作原理——霍爾元件霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量●定義：基于霍爾效應(yīng)制成半導(dǎo)體元件稱為霍爾元件。1.霍爾元件結(jié)構(gòu)霍爾元件殼體由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成（c）?霍爾傳感器工作原理——霍爾元件霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量●定義：基于霍爾效應(yīng)制成半導(dǎo)體元件稱為霍爾元件。2.霍爾元件主要特性參數(shù)霍爾靈敏系數(shù)輸入電阻、輸出電阻等位電勢(shì)和不等位電阻寄生直流電勢(shì)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流基本電路控制電流由電源E供給，RP為調(diào)節(jié)電阻，調(diào)節(jié)控制電流的大小?；魻栞敵龆私迂?fù)載Rf，Rf可以是一般電阻，也可以是放大器的輸入電阻或指示器內(nèi)阻。在磁場(chǎng)與控制電流的作用下，負(fù)載上就有電壓輸出。在實(shí)際使用時(shí)，I或B或兩者同時(shí)作為信號(hào)輸入，而輸出信號(hào)則正比于I或B或兩者的乘積。?霍爾傳感器測(cè)量電路——基本電路及原理霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量?霍爾傳感器測(cè)量電路——溫度誤差及補(bǔ)償溫度誤差霍爾元件測(cè)量的關(guān)鍵是霍爾效應(yīng)，而霍爾元件是由半導(dǎo)體制成的，因半導(dǎo)體對(duì)溫度很敏感，霍爾元件的載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都隨溫度而變化，因而使霍爾元件的特性參數(shù)（如霍爾電勢(shì)和輸入、輸出電阻等）成為溫度的函數(shù)，導(dǎo)致霍爾傳感器產(chǎn)生溫度誤差。為減小霍爾元件溫度誤差，需要對(duì)基本測(cè)量電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)，可以采用的補(bǔ)償方法有許多種，常用的有以下方法：采用恒流源提供控制電流，選擇合理的負(fù)載電阻進(jìn)行補(bǔ)償，利用霍爾元件回路的串聯(lián)或并聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償，也可以在輸入回路或輸出回路中加入熱敏電阻進(jìn)行溫度誤差的補(bǔ)償。溫度誤差的補(bǔ)償霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量?霍爾傳感器工作原理——不等位電勢(shì)及補(bǔ)償霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量●當(dāng)控制磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，控制電流為額定值IH時(shí)，霍爾電極間的空載電勢(shì)稱為不等位電勢(shì)。1.不等位電勢(shì)霍爾電極安裝位置不正確（不對(duì)稱或不在同一等電位面上）半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻控制電極接觸不良造成控制電流不均勻分布等不等位電勢(shì)產(chǎn)生示意圖a）兩電極點(diǎn)不在統(tǒng)一等位面

b）等位面歪斜?霍爾傳感器工作原理——不等位電勢(shì)及補(bǔ)償●A、B為控制電極，C、D為霍爾電極，在極間分布的電阻用R1、R2、R3、R4表示，理想情況是R1＝R2＝R3＝R4，即零位電勢(shì)為零（或零位電阻為零）。但實(shí)際上存在著零位電勢(shì)，則說(shuō)明此四個(gè)電阻不等。ABCDIR1R2R3R42.不等位電勢(shì)的補(bǔ)償霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量?霍爾傳感器工作原理——不等位電勢(shì)及補(bǔ)償●