第6章-霍尔式传感器课件

第六章霍尔式传感器第六章霍尔式传感器第一节第一节 霍尔效应和工作原理霍尔效应和工作原理第二节霍尔元件的主要技术参数第二节霍尔元件的主要技术参数第三节、霍尔元件连接方式和输出电路第三节、霍尔元件连接方式和输出电路第四节第四节 霍尔元件的测量误差和补偿方法霍尔元件的测量误差和补偿方法第五节第五节 霍尔式传感器应用霍尔式传感器应用 霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量理而将被测量理而将被测量理而将被测量，如如如如电流、磁场、位移、压力电流、磁场、位移、压力电流、磁场、位移、压力电流、磁场、位移、压力等转换等转换等转换等转换成成成成电动势电动势电动势电动势输出的一种传感器。虽然它的输出的一种传感器。虽然它的输出的一种传感器。虽然它的输出的一种传感器。虽然它的转换效率较转换效率较转换效率较转换效率较低低低低，温度影响大温度影响大温度影响大温度影响大，要求转换精度较高时必须进行温，要求转换精度较高时必须进行温，要求转换精度较高时必须进行温，要求转换精度较高时必须进行温度补偿，但霍尔式传感器度补偿，但霍尔式传感器度补偿，但霍尔式传感器度补偿，但霍尔式传感器结构简单，体积小，坚固结构简单，体积小，坚固结构简单，体积小，坚固结构简单，体积小，坚固，频率响应宽频率响应宽频率响应宽频率响应宽(从直流到微波从直流到微波从直流到微波从直流到微波)，动态范围，动态范围，动态范围，动态范围(输出电势的输出电势的输出电势的输出电势的变化变化变化变化)大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易微型大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易微型大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易微型大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易微型化和集成电路化，化和集成电路化，化和集成电路化，化和集成电路化，因此在测量技术、自动化技术和因此在测量技术、自动化技术和因此在测量技术、自动化技术和因此在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到广泛的应用。信息处理等方面得到广泛的应用。信息处理等方面得到广泛的应用。信息处理等方面得到广泛的应用。霍尔式传感器简介霍尔式传感器简介 霍尔传感器是利用霍尔传感器是利用霍尔传感器是利用霍尔传感器是利用霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应实现磁电转换的一种实现磁电转换的一种实现磁电转换的一种实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应自传感器。霍尔效应自传感器。霍尔效应自传感器。霍尔效应自18791879年被发现自今已有年被发现自今已有年被发现自今已有年被发现自今已有100100多年多年多年多年的历史，但直到本世纪的历史，但直到本世纪的历史，但直到本世纪的历史，但直到本世纪5050年代，由于微电子学的发展，年代，由于微电子学的发展，年代，由于微电子学的发展，年代，由于微电子学的发展，才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国从从从从7070年代开始研究霍尔器件，经过年代开始研究霍尔器件，经过年代开始研究霍尔器件，经过年代开始研究霍尔器件，经过3 30 0余年的研究和开余年的研究和开余年的研究和开余年的研究和开发、目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如发、目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如发、目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如发、目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如普通普通普通普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关式的霍尔元件。式的霍尔元件。式的霍尔元件。式的霍尔元件。由于霍尔传感器具有由于霍尔传感器具有由于霍尔传感器具有由于霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定灵敏度高、线性度好、稳定灵敏度高、线性度好、稳定灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温性高、体积小和耐高温性高、体积小和耐高温性高、体积小和耐高温等特性，它已广泛应用于非电等特性，它已广泛应用于非电等特性，它已广泛应用于非电等特性，它已广泛应用于非电量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。个领域。个领域。个领域。第一节第一节 霍尔效应和工作原理霍尔效应和工作原理一、霍尔效应一、霍尔效应 如图如图1所示的一块半导体薄片，其长度为所示的一块半导体薄片，其长度为L，宽度宽度为为b，厚度为厚度为d，当它被置于磁感应强度为当它被置于磁感应强度为B的磁场中，的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流与控制电流I和磁感应强度和磁感应强度B乘积成正比的电势乘积成正比的电势 ，即即 ，其中其中 为霍尔元件的灵敏度。为霍尔元件的灵敏度。这一现象称为这一现象称为霍尔效应霍尔效应，该电势，该电势 称为霍尔电势，称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。半导体薄片就是霍尔元件。二、工作原理二、工作原理:霍尔效应是半导体中自由电荷受磁场中洛仑兹力霍尔效应是半导体中自由电荷受磁场中洛仑兹力作用而产生的。作用而产生的。图图1 设霍尔元件为设霍尔元件为N型半导体，当它通以电流型半导体，当它通以电流I时，半时，半导体中的自由电荷即载流子导体中的自由电荷即载流子(电子）受到磁场中洛仑兹电子）受到磁场中洛仑兹力力 的作用，其大小为的作用，其大小为式中：式中：为电子速度，为电子速度，B 为垂直于霍尔元件表面的磁为垂直于霍尔元件表面的磁感应强度。使电子向垂直于感应强度。使电子向垂直于B和和自由电子运动方向偏移，自由电子运动方向偏移，其方向符合其方向符合右手螺旋定律或左手定则右手螺旋定律或左手定则，即电子有向某，即电子有向某一端积聚的现象，使半导体一端面产生负电荷积聚，一端积聚的现象，使半导体一端面产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积聚。由于电荷聚积，产生静电另一端面则为正电荷积聚。由于电荷聚积，产生静电场，即为霍尔电场该静电场对电子的作用力场，即为霍尔电场该静电场对电子的作用力 与洛与洛仑兹力方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为：仑兹力方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为：静电场作用于运动电子上的静电场作用于运动电子上的 与洛仑兹力与洛仑兹力 相等相等时，电子积累达到动态平衡，即时，电子积累达到动态平衡，即 所以：所以：流过霍尔元件的电流流过霍尔元件的电流I为：为：所以：所以：代入代入 中中得：得：n为为单位体积内自由电子数单位体积内自由电子数(载流子浓度载流子浓度)若霍尔元件为若霍尔元件为P型半导体、则：型半导体、则：P为单位体积内空穴数为单位体积内空穴数(载流子浓度载流子浓度)。三、三、霍尔系数和灵敏度霍尔系数和灵敏度在上式中令：在上式中令：或或 则式则式 和式和式 变为：变为：则则 被定义为被定义为霍尔传感器的霍尔系数霍尔传感器的霍尔系数。很明显，。很明显，霍尔系数由半导体材料性质决定。它决定霍尔电势的强霍尔系数由半导体材料性质决定。它决定霍尔电势的强弱。设：弱。设：则有：则有：霍尔元件的灵敏度霍尔元件的灵敏度就是指在单位磁感应强度就是指在单位磁感应强度B和单位和单位控制电流控制电流I作用时，所能输出的霍尔电势的大小。作用时，所能输出的霍尔电势的大小。由于材料电阻率由于材料电阻率 与超流子浓度与超流子浓度 和其迁移率和其迁移率 有关，即有关，即 则：则：则有则有 由此可见，要想霍尔电势强，半导由此可见，要想霍尔电势强，半导体材料的电阻率必须要高，且迁移率也要大。虽然，体材料的电阻率必须要高，且迁移率也要大。虽然，金属导体的载流子迁移率很大，但其电阻率低；绝缘金属导体的载流子迁移率很大，但其电阻率低；绝缘体电阻率很高，但其载流于迁移率低。因此体电阻率很高，但其载流于迁移率低。因此，只有半只有半导体材料为最佳霍尔传感器的材料。表导体材料为最佳霍尔传感器的材料。表91列出了一列出了一些霍尔元件材料特性。霍尔电势除了与材料的载流子些霍尔元件材料特性。霍尔电势除了与材料的载流子迁移率和电阻率有关，同时还与霍尔元件的几何尺寸迁移率和电阻率有关，同时还与霍尔元件的几何尺寸有关。有关。一般要求霍尔元件灵敏度越大越好霍尔元件的一般要求霍尔元件灵敏度越大越好霍尔元件的厚度厚度d与与 成反比因此，霍尔元件的厚度越小其灵成反比因此，霍尔元件的厚度越小其灵敏度越高。当霍尔元件的宽度敏度越高。当霍尔元件的宽度b加大，或加大，或 减小减小时，载流子在偏转过程中的损失将加大、时，载流子在偏转过程中的损失将加大、下降。下降。通常要对式通常要对式 加以形状效应修正：加以形状效应修正：霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件：直角平行六面体的单晶半导体薄片：直角平行六面体的单晶半导体薄片：直角平行六面体的单晶半导体薄片：直角平行六面体的单晶半导体薄片材料材料材料材料：锗：锗：锗：锗(GeGe)、硅硅硅硅(Si)(Si)、砷化铟砷化铟砷化铟砷化铟(InSbInSb)等半导体材料。等半导体材料。等半导体材料。等半导体材料。霍尔元件组成霍尔元件组成霍尔元件组成霍尔元件组成：半导体薄片和两对电极组成：半导体薄片和两对电极组成：半导体薄片和两对电极组成：半导体薄片和两对电极组成输入引线输入引线输入引线输入引线a a、b b：激励电极激励电极激励电极激励电极输出引线输出引线输出引线输出引线c c、d d：霍尔电极霍尔电极霍尔电极霍尔电极 霍尔元件的基本结构、组成霍尔元件的基本结构、组成形状效应系数，其修正值如表形状效应系数，其修正值如表:图图2霍尔元件的符号和基本电路霍尔元件的符号和基本电路图图3霍尔电势方向判别：霍尔电势方向判别：P P型材料：型材料：型材料：型材料：N N型材料：型材料：型材料：型材料：左手定则：左手定则：左手定则：左手定则：四指四指四指四指指向电流指向电流指向电流指向电流 B B 穿过手心穿过手心穿过手心穿过手心 大拇指大拇指大拇指大拇指指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向图图4Sensor新型传感器不断用于汽车、新型传感器不断用于汽车、机器人等行业机器人等行业 人们过去的常识是人们过去的常识是“汽车并不使用最尖端技术汽车并不使用最尖端技术”。要对生命负责的汽车厂商，采用实用化技术的原则今要对生命负责的汽车厂商，采用实用化技术的原则今后恐怕也不会改变。但是为了安全而必须使用最尖端后恐怕也不会改变。但是为了安全而必须使用最尖端技术的话，那么强烈希望采用最尖端技术的趋势必将技术的话，那么强烈希望采用最尖端技术的趋势必将越来越强。丰田汽车已经制定了在越来越强。丰田汽车已经制定了在2020年把日本国内年把日本国内汽车事故减少一半的目标，并将为此采取逐步把汽车事故减少一半的目标，并将为此采取逐步把汽车汽车设计成设计成“电子茧电子茧”的方针。也就是说，利用数百个传的方针。也就是说，利用数百个传感器把车辆包围起来，根据来自这些传感器的信息，感器把车辆包围起来，根据来自这些传感器的信息，利用激励器对利用激励器对刹车和方向盘刹车和方向盘进行电控。进行电控。这里所必需的包括：各种传感器、可快速处理来自传这里所必需的包括：各种传感器、可快速处理来自传感器的大量信息的处理器、驱动激励器的高耐压感器的大量信息的处理器、驱动激励器的高耐压（LSI），），以及能够将以及能够将LSI的可靠性提高到与飞机相媲的可靠性提高到与飞机相媲美的技术。所有这些元件均为尖端技术的结晶。美的技术。所有这些元件均为尖端技术的结晶。在机器人的发展过程中，车载元件技术起着关键在机器人的发展过程中，车载元件技术起着关键作用。因为机器人所需的关键技术包含于车载元件中。作用。因为机器人所需的关键技术包含于车载元件中。对于两者来说，传感器、激励器和信号处理等都至关对于两者来说，传感器、激励器和信号处理等都至关重要。机器人也必须像汽车一样如同电子茧似地配备重要。机器人也必须像汽车一样如同电子茧似地配备传感器，并快速判断所接收到的信息。比如躲避运动传感器，并快速判断所接收到的信息。比如躲避运动的障碍物行走的动作，必须识别障碍物、预测其动作，的障碍物行走的动作，必须识别障碍物、预测其动作，并在不破坏平衡的条件下控制双足等。并在不破坏平衡的条件下控制双足等。第二节、霍尔元件的主要技术参数第二节、霍尔元件的主要技术参数 1额定功耗额定功耗P0 霍尔元件在环境温度霍尔元件在环境温度T25c时，允许通过霍尔元时，允许通过霍尔元件的电流件的电流I和电压和电压E的乘积，分最小、典型、最大三档，的乘积，分最小、典型、最大三档，单位为单位为mw。当供给霍尔元件的电压确定后，根据额当供给霍尔元件的电压确定后，根据额定功耗可以知道额定控制电流定功耗可以知道额定控制电流I，因此有些产品则提因此有些产品则提供额定控制电流供额定控制电流I，不给出额定功耗不给出额定功耗P0。2输入电阻输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro。Ri是是指控制电流极之间的电阻值，指控制电流极之间的电阻值，Ro指霍尔元指霍尔元件电极间的电阻，单位为欧姆件电极间的电阻，单位为欧姆。Ri和和Ro可在无磁场可在无磁场即即B=0时，用欧姆表等测量。时，用欧姆表等测量。3不平衡电势不平衡电势Uo 在在额定控制电流额定控制电流I之下，不加磁场时，霍尔电极间的之下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍尔电势称为不平衡空载霍尔电势称为不平衡(不等不等)电势，单位为电势，单位为mv。不不平衡电势和额定控制电流平衡电势和额定控制电流I之比为不平衡电阻之比为不平衡电阻ro。有些有些产品也提供不平衡电阻参数值。产品也提供不平衡电阻参数值。4霍尔电势稳定系数霍尔电势稳定系数 在一定的磁感应强度和控制电流下，温度变化在一定的磁感应强度和控制电流下，温度变化1时，时，霍尔电势变化的百分率，称为霍尔电势温度系数霍尔电势变化的百分率，称为霍尔电势温度系数.5内阻温度系数内阻温度系数霍尔元件在无磁场及工作温度范围内，温度每变化霍尔元件在无磁场及工作温度范围内，温度每变化1时，输入电阻与输出电阻变化的百分率称为内阻温度时，输入电阻与输出电阻变化的百分率称为内阻温度系数，一般取不同温度时的平均值。系数，一般取不同温度时的平均值。6灵敏度系数灵敏度系数 其定义同前述，有时某些产品给出无负载时灵敏度，其定义同前述，有时某些产品给出无负载时灵敏度，在某一控制电流和一定强度磁场中，输出极开路时元件在某一控制电流和一定强度磁场中，输出极开路时元件的灵敏度。的灵敏度。表表93列出中国科学院半导体研究所生产的砷化镓列出中国科学院半导体研究所生产的砷化镓(GaAs)霍尔元件的主要技术参数。霍尔元件的主要技术参数。砷化镓霍尔元件的主要技术参数砷化镓霍尔元件的主要技术参数第三节、霍尔元件连接方式和输出电路第三节、霍尔元件连接方式和输出电路1基本测量电路基本测量电路 霍尔元件的基本测量电路霍尔元件的基本测量电路如图如图4所示所示,控制电流控制电流I由电源由电源E供给、电位器供给、电位器W调节控制电调节控制电流流I的大小。霍尔元件输出接的大小。霍尔元件输出接负载电阻负载电阻RL RL可以是放可以是放大器的输入电阻或测量仪表大器的输入电阻或测量仪表的内阻。由于霍尔元件必须的内阻。由于霍尔元件必须在磁场与控制电流作用下，在磁场与控制电流作用下，才会产生霍尔电势才会产生霍尔电势，所以在所以在测量中可以把测量中可以把I和和B的乘积、的乘积、或者或者I，或者或者B作为输人信号，作为输人信号，则霍尔元件的输出电势分别则霍尔元件的输出电势分别正比于正比于I或或B。图图4基本测量电路基本测量电路 2连接方式连接方式 除了霍尔元件基本电路形式之外，如果为了获得除了霍尔元件基本电路形式之外，如果为了获得较大的霍尔输出电势，可以采用几片叠加的连接方式、较大的霍尔输出电势，可以采用几片叠加的连接方式、如图如图5(a)所示。所示。图图5（a）为直流供电情况。控制电流端并联，由为直流供电情况。控制电流端并联，由w1、w2调节两个元件的输出霍尔电势，调节两个元件的输出霍尔电势，A、B为输出端，则为输出端，则它的输出电势为单块的两倍。它的输出电势为单块的两倍。图图 5(b)为交流供电情况。控制电流端串联，各元件为交流供电情况。控制电流端串联，各元件输出端接输出变压器输出端接输出变压器B的初级绕组，变压器的次级便有的初级绕组，变压器的次级便有霍尔电势信号叠加值输出。霍尔电势信号叠加值输出。图图5霍尔元件输出叠加连接方式霍尔元件输出叠加连接方式3霍尔电势的输出电路霍尔电势的输出电路 霍尔器件是一种四端器件本身不带放大器。霍霍尔器件是一种四端器件本身不带放大器。霍尔电势一般在毫伏量级，在实际使用中必须加差分放尔电势一般在毫伏量级，在实际使用中必须加差分放大器。霍尔元件大体分为线性测量和开关状态两种使大器。霍尔元件大体分为线性测量和开关状态两种使用方式。用方式。因此，输出电路如图因此，输出电路如图6所示两种结构。下面以我国所示两种结构。下面以我国科学院半导体研究所生产的科学院半导体研究所生产的GaAs霍尔元件为例，给霍尔元件为例，给出两种参考电路，分别如图出两种参考电路，分别如图6(a)和和(b)所示。所示。图图6 霍尔元件的输出电路霍尔元件的输出电路 当霍尔元件作线性测量时最好选用灵敏度低一点、当霍尔元件作线性测量时最好选用灵敏度低一点、不等位电势小、稳定性和线性度优良的霍尔元件。不等位电势小、稳定性和线性度优良的霍尔元件。例如，选用例如，选用 ，控制电流为控制电流为5mA的的霍尔元件作线性测量元件，若要测量霍尔元件作线性测量元件，若要测量1Gs一一10kGs的磁的磁场，则霍尔器件最低输出电势场，则霍尔器件最低输出电势 为：为：故要选择低噪音的放大器作为前级放大。故要选择低噪音的放大器作为前级放大。高精度高速运放高精度高速运放OP-17,OP-17,超低噪声超低噪声、高精度、高精度OP-27(OP-OP-27(OP-3737)运放专题：运放专题：OP-17OP-17 速度与速度与 CF357 CF357 相当相当,U UIOSIOS I IIOSIOS 和和UUIOSIOS 大约大约 只有只有CF357CF357的十分之一的十分之一;封装、引线排列和应用线路与封装、引线排列和应用线路与CF357CF357的完全相同的完全相同;工作温度范围为工作温度范围为10 10 7070。OP-27OP-27 U UIOS IOS,U,UIOSIOS 与与OP-07OP-07相近相近;I IIOSIOS 和和 I IIOSIOS 比比 OP-07OP-07的大的大;OP-27OP-27 噪声电压特别小噪声电压特别小,小于小于OP-07OP-07的十分之一的十分之一;当霍尔元件作开关使用时，要选择灵敏度高的霍尔当霍尔元件作开关使用时，要选择灵敏度高的霍尔器件。器件。例如例如 ，如果采用如果采用2x 3x 5(mm)的衫磁钢的器件，控制电流为的衫磁钢的器件，控制电流为2mA，施加一施加一个距离器件为个距离器件为5mm的的300G s的磁场，则输出霍尔电的磁场，则输出霍尔电势为势为 这时选用一般的放大器即可满足。这时选用一般的放大器即可满足。n输入失调电压输入失调电压U UIOSIOS 和输入失调电流和输入失调电流I IIOSIOS 很小；很小；n输入失调电压温漂输入失调电压温漂UUIOSIOS 和输入失调电流温漂和输入失调电流温漂IIIOSIOS 很小；很小；精度比较高；价格不高精度比较高；价格不高,很受欢迎。很受欢迎。低失调低漂移运放低失调低漂移运放OP07OP07第四节第四节 霍尔元件的测量误差和补偿方法霍尔元件的测量误差和补偿方法 霍尔元件在实际应用时，存在多种因素影响其测霍尔元件在实际应用时，存在多种因素影响其测霍尔元件在实际应用时，存在多种因素影响其测霍尔元件在实际应用时，存在多种因素影响其测量精度，造成测量误差的主要因素优两类量精度，造成测量误差的主要因素优两类量精度，造成测量误差的主要因素优两类量精度，造成测量误差的主要因素优两类:一类是半导体固有特性；一类为半导体制造工艺一类是半导体固有特性；一类为半导体制造工艺的缺陷的缺陷。其表现为零位误差和温度引起的误差。其表现为零位误差和温度引起的误差。1、零位误误差及补偿方法：、零位误误差及补偿方法：零位误差是霍尔元件在加控制电流或不加外磁场零位误差是霍尔元件在加控制电流或不加外磁场零位误差是霍尔元件在加控制电流或不加外磁场零位误差是霍尔元件在加控制电流或不加外磁场时，而出现的霍尔电势称为零位误差。由制造霍尔元时，而出现的霍尔电势称为零位误差。由制造霍尔元时，而出现的霍尔电势称为零位误差。由制造霍尔元时，而出现的霍尔电势称为零位误差。由制造霍尔元件的工艺问题造成的不等位电势是主要的零位误差。件的工艺问题造成的不等位电势是主要的零位误差。件的工艺问题造成的不等位电势是主要的零位误差。件的工艺问题造成的不等位电势是主要的零位误差。因为在工艺上难以保证霍尔元件两侧的电级焊接在同因为在工艺上难以保证霍尔元件两侧的电级焊接在同因为在工艺上难以保证霍尔元件两侧的电级焊接在同因为在工艺上难以保证霍尔元件两侧的电级焊接在同一等电位面上一等电位面上一等电位面上一等电位面上U0产生的原因：产生的原因：(1)(1)制制制制造造造造工工工工艺艺艺艺不不不不可可可可能能能能保保保保证证证证将将将将两两两两个个个个霍霍霍霍尔尔尔尔电电电电极极极极对对对对称称称称地地地地焊焊焊焊在在在在霍霍霍霍尔尔尔尔片片片片的的的的两两两两侧侧侧侧，致致致致使使使使两两两两电电电电极极极极点点点点不不不不能能能能完完完完全全全全位位位位于于于于同同同同一一一一等位面上，如图等位面上，如图等位面上，如图等位面上，如图5-8a5-8a所示。所示。所示。所示。(2)(2)霍霍霍霍尔尔尔尔片片片片电电电电阻阻阻阻率率率率不不不不均均均均匀匀匀匀或或或或片片片片厚厚厚厚薄薄薄薄不不不不均均均均匀匀匀匀或或或或控控控控制制制制电电电电流流流流极极极极接接接接触触触触不不不不良良良良都都都都将将将将使使使使等等等等位位位位面面面面歪歪歪歪斜斜斜斜(见见见见图图图图5-8b)5-8b)，致致致致使使使使两两两两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。如图如图如图如图7(a)7(a)所示。当控制电流所示。当控制电流所示。当控制电流所示。当控制电流I I流过时，即使未加外磁流过时，即使未加外磁流过时，即使未加外磁流过时，即使未加外磁场。场。场。场。A A、B B两电极此时仍存在电位差，此电位差被称为两电极此时仍存在电位差，此电位差被称为两电极此时仍存在电位差，此电位差被称为两电极此时仍存在电位差，此电位差被称为不等位电势不等位电势不等位电势不等位电势 。图图图图7 7 霍尔元件的不等位电势和等效电路霍尔元件的不等位电势和等效电路霍尔元件的不等位电势和等效电路霍尔元件的不等位电势和等效电路 为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡原理补偿。根据霍尔元件的工作原理，可以把霍尔元原理补偿。根据霍尔元件的工作原理，可以把霍尔元原理补偿。根据霍尔元件的工作原理，可以把霍尔元原理补偿。根据霍尔元件的工作原理，可以把霍尔元件等效于一个四臂电桥，如图件等效于一个四臂电桥，如图件等效于一个四臂电桥，如图件等效于一个四臂电桥，如图95(b)95(b)所示。如果两个所示。如果两个所示。如果两个所示。如果两个霍尔电势极霍尔电势极霍尔电势极霍尔电势极A A、B B处在同一等位面上。桥路处于平衡状处在同一等位面上。桥路处于平衡状处在同一等位面上。桥路处于平衡状处在同一等位面上。桥路处于平衡状态，即态，即态，即态，即 ，则不等位电势则不等位电势则不等位电势则不等位电势 。如果两个霍尔电势极不在同一等位面上电桥不平衡，如果两个霍尔电势极不在同一等位面上电桥不平衡，如果两个霍尔电势极不在同一等位面上电桥不平衡，如果两个霍尔电势极不在同一等位面上电桥不平衡，不等位电势不等位电势不等位电势不等位电势 。此时根据此时根据此时根据此时根据A A、B B两点电位高低两点电位高低两点电位高低两点电位高低判断应在某一桥臂上并联一个电阻使电桥平衡判断应在某一桥臂上并联一个电阻使电桥平衡判断应在某一桥臂上并联一个电阻使电桥平衡判断应在某一桥臂上并联一个电阻使电桥平衡从从从从而就消除了不等位电势。而就消除了不等位电势。而就消除了不等位电势。而就消除了不等位电势。图图图图8 8给出几种常用的补偿方法。为了消除不等位电给出几种常用的补偿方法。为了消除不等位电给出几种常用的补偿方法。为了消除不等位电给出几种常用的补偿方法。为了消除不等位电势，势，势，势，可在阻值较大的桥臂上并联电阻可在阻值较大的桥臂上并联电阻可在阻值较大的桥臂上并联电阻可在阻值较大的桥臂上并联电阻如图如图如图如图8(a)8(a)所示，所示，所示，所示，或在两个桥臀上同时并联如图或在两个桥臀上同时并联如图或在两个桥臀上同时并联如图或在两个桥臀上同时并联如图8(b)(c)8(b)(c)所示的电阻。显所示的电阻。显所示的电阻。显所示的电阻。显然，方案然，方案然，方案然，方案(c)(c)调整比较方便。调整比较方便。调整比较方便。调整比较方便。图图图图8 8 不等位电势补偿电路原理图不等位电势补偿电路原理图不等位电势补偿电路原理图不等位电势补偿电路原理图Sensor具有自清洁功能的新型传感器问世具有自清洁功能的新型传感器问世 据悉，美国宾夕法尼亚州立大学研发出一种具有自我据悉，美国宾夕法尼亚州立大学研发出一种具有自我清洁功能的新型传感器清洁功能的新型传感器二氧化钛纳米管氢二氧化钛纳米管氢传感器。传感器。研究表明，尽管二氧化钛纳米管氢传感器属气敏研究表明，尽管二氧化钛纳米管氢传感器属气敏传感器，但却有着光敏性较其他形式的二氧化钛材料传感器，但却有着光敏性较其他形式的二氧化钛材料高高100100倍的特性。只要将其暴露在紫外线下，吸附在倍的特性。只要将其暴露在紫外线下，吸附在二氧化钛纳米管氢传感器上的污染物质就能轻而易举二氧化钛纳米管氢传感器上的污染物质就能轻而易举地被有效清除掉。因此，在实际使用中，这种传感器地被有效清除掉。因此，在实际使用中，这种传感器能够靠自己的能耐使自己清洁如故、性能如初，并保能够靠自己的能耐使自己清洁如故、性能如初，并保持原有的探测灵敏度。持原有的探测灵敏度。氢传感器广泛应用于化工、石油和半导体工业，氢传感器广泛应用于化工、石油和半导体工业，也常被用作诊断工具，用来监测某些种类的细菌感染。也常被用作诊断工具，用来监测某些种类的细菌感染。在日常生活中，氢传感器同样大有用武之地。比如，在日常生活中，氢传感器同样大有用武之地。比如，面包店可以利用氢传感器帮助面包师监测氢浓度和烤面包店可以利用氢传感器帮助面包师监测氢浓度和烤箱温度，确定面包出炉的时间；氢传感器更是燃料电箱温度，确定面包出炉的时间；氢传感器更是燃料电池汽车忠实的安全卫士，用于监测这种汽车的燃烧系池汽车忠实的安全卫士，用于监测这种汽车的燃烧系统的氢泄漏。对于燃料电池汽车来讲，如果氢泄漏达统的氢泄漏。对于燃料电池汽车来讲，如果氢泄漏达到到4 4，就会引发爆炸。，就会引发爆炸。然而，常规氢传感器的保洁问题颇令人头疼。在然而，常规氢传感器的保洁问题颇令人头疼。在使用氢传感器的各种场合，比如在石化厂，氢传感器使用氢传感器的各种场合，比如在石化厂，氢传感器经常变得很脏，监测功能也因此大打折扣。宾夕法尼经常变得很脏，监测功能也因此大打折扣。宾夕法尼亚州立大学科研人员的这项研究，其目标就是让氢传亚州立大学科研人员的这项研究，其目标就是让氢传感器升级换代，彻底解决这种传感器的保洁问题。感器升级换代，彻底解决这种传感器的保洁问题。2温度误差及其补偿温度误差及其补偿 由于半导体材料的由于半导体材料的由于半导体材料的由于半导体材料的电阻串、迁移率和载流子浓度电阻串、迁移率和载流子浓度电阻串、迁移率和载流子浓度电阻串、迁移率和载流子浓度等等等等都随温度变化而变化，因此会导致霍尔元件的内阻、都随温度变化而变化，因此会导致霍尔元件的内阻、都随温度变化而变化，因此会导致霍尔元件的内阻、都随温度变化而变化，因此会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同半导体材料有所不同。而且温度高到一定程度，产生的半导体材料有所不同。而且温度高到一定程度，产生的半导体材料有所不同。而且温度高到一定程度，产生的半导体材料有所不同。而且温度高到一定程度，产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误差。针对温度变化导致内阻差。针对温度变化导致内阻差。针对温度变化导致内阻差。针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻输入、输出电阻输入、输出电阻输入、输出电阻)的变化可的变化可的变化可的变化可以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。(1)利用输出回路并联电阻进行补偿利用输出回路并联电阻进行补偿 在输入控制电流恒定的情况下，如果输出电阻随温度在输入控制电流恒定的情况下，如果输出电阻随温度在输入控制电流恒定的情况下，如果输出电阻随温度在输入控制电流恒定的情况下，如果输出电阻随温度增加而增大霍尔电势增加；增加而增大霍尔电势增加；增加而增大霍尔电势增加；增加而增大霍尔电势增加；若在输出端并联一个补偿电阻若在输出端并联一个补偿电阻若在输出端并联一个补偿电阻若在输出端并联一个补偿电阻RLRL，则通过霍尔元则通过霍尔元则通过霍尔元则通过霍尔元件的电流减小，而通过的件的电流减小，而通过的件的电流减小，而通过的件的电流减小，而通过的RLRL电流电流电流电流 却增大。只要适当却增大。只要适当却增大。只要适当却增大。只要适当选择补偿电阻选择补偿电阻选择补偿电阻选择补偿电阻RLRL，就可达到补偿的目的，如图就可达到补偿的目的，如图就可达到补偿的目的，如图就可达到补偿的目的，如图9 9所示。所示。所示。所示。下面介绍如何选择适当的补偿电阻。下面介绍如何选择适当的补偿电阻。下面介绍如何选择适当的补偿电阻。下面介绍如何选择适当的补偿电阻。图图图图9 9 输出回路补偿输出回路补偿输出回路补偿输出回路补偿 在温度影响下，元件的输出电阻从在温度影响下，元件的输出电阻从在温度影响下，元件的输出电阻从在温度影响下，元件的输出电阻从 变到变到变到变到 。输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻 和电势应为和电势应为和电势应为和电势应为:式中式中式中式中:、为温度为温度为温度为温度t t时霍尔元件的输出电势时霍尔元件的输出电势时霍尔元件的输出电势时霍尔元件的输出电势 和和和和电阻电阻电阻电阻 的温度系数。此时的温度系数。此时的温度系数。此时的温度系数。此时 的电压则为：的电压则为：的电压则为：的电压则为：补偿电阻补偿电阻补偿电阻补偿电阻RLRL上电压随温度变化最小的极值条件为：上电压随温度变化最小的极值条件为：上电压随温度变化最小的极值条件为：上电压随温度变化最小的极值条件为：即：即：即：即：因此当知道霍尔元件的因此当知道霍尔元件的因此当知道霍尔元件的因此当知道霍尔元件的 、及及及及 时，便可以计时，便可以计时，便可以计时，便可以计算出能实现温度补偿的电阻算出能实现温度补偿的电阻算出能实现温度补偿的电阻算出能实现温度补偿的电阻RLRL的值。的值。的值。的值。(2)利用输入回路的串联电阻进行补偿利用输入回路的串联电阻进行补偿 霍尔元件的控制回路用稳压电源霍尔元件的控制回路用稳压电源霍尔元件的控制回路用稳压电源霍尔元件的控制回路用稳压电源E E供电，其输出端供电，其输出端供电，其输出端供电，其输出端处于开路工作状态，如图处于开路工作状态，如图处于开路工作状态，如图处于开路工作状态，如图1010所示当输入回路串联适当所示当输入回路串联适当所示当输入回路串联适当所示当输入回路串联适当的电阻的电阻的电阻的电阻R R时，霍尔电势随温度的变化可得到补偿。时，霍尔电势随温度的变化可得到补偿。时，霍尔电势随温度的变化可得到补偿。时，霍尔电势随温度的变化可得到补偿。图图图图1010 当温度增加时，霍尔电势的增加值为：当温度增加时，霍尔电势的增加值为：当温度增加时，霍尔电势的增加值为：当温度增加时，霍尔电势的增加值为：另一方面，元件的输入电阻随温度的增加值为：另一方面，元件的输入电阻随温度的增加值为：另一方面，元件的输入电阻随温度的增加值为：另一方面，元件的输入电阻随温度的增加值为：用稳压源供电时控制电流的减小量为用稳压源供电时控制电流的减小量为用稳压源供电时控制电流的减小量为用稳压源供电时控制电流的减小量为它使霍尔电势的减小量为它使霍尔电势的减小量为它使霍尔电势的减小量为它使霍尔电势的减小量为要想得到全补偿，应有要想得到全补偿，应有要想得到全补偿，应有要想得到全补偿，应有 ，则则则则结出霍尔元件的结出霍尔元件的结出霍尔元件的结出霍尔元件的 、值，即可求得值，即可求得值，即可求得值，即可求得R R和和和和 的关系。的关系。的关系。的关系。除此之外，还可以在霍尔元件的输入端除此之外，还可以在霍尔元件的输入端除此之外，还可以在霍尔元件的输入端除此之外，还可以在霍尔元件的输入端采用恒流源采用恒流源采用恒流源采用恒流源来减小温度的影响。实际的补偿电路如图来减小温度的影响。实际的补偿电路如图来减小温度的影响。实际的补偿电路如图来减小温度的影响。实际的补偿电路如图1111所示。调节所示。调节所示。调节所示。调节电位器电位器电位器电位器W1W1可以消除不等位电势。电桥由温度系数低的可以消除不等位电势。电桥由温度系数低的可以消除不等位电势。电桥由温度系数低的可以消除不等位电势。电桥由温度系数低的电阻构成，在某一桥臂电阻上并联热敏电阻。当温度变电阻构成，在某一桥臂电阻上并联热敏电阻。当温度变电阻构成，在某一桥臂电阻上并联热敏电阻。当温度变电阻构成，在某一桥臂电阻上并联热敏电阻。当温度变化时，热敏电阻将随温度变化而变化使补偿电桥的输化时，热敏电阻将随温度变化而变化使补偿电桥的输化时，热敏电阻将随温度变化而变化使补偿电桥的输化时，热敏电阻将随温度变化而变化使补偿电桥的输出电压出电压出电压出电压 相应变化，只要仔细调节，即可使其输出电相应变化，只要仔细调节，即可使其输出电相应变化，只要仔细调节，即可使其输出电相应变化，只要仔细调节，即可使其输出电压压压压 与温度基本无关。与温度基本无关。与温度基本无关。与温度基本无关。图图图图1111实际的温度实际的温度实际的温度实际的温度补偿电路补偿电路补偿电路补偿电路3、采用温度补偿元件、采用温度补偿元件 图图图图12 12 温度补偿温度补偿温度补偿温度补偿第五节第五节 霍尔式传感器应用霍尔式传感器应用 根根根根据据据据霍霍霍霍尔尔尔尔电电电电势势势势的的的的表表表表达达达达式式式式，其其其其应应应应用用用用可可可可用用用用于于于于下下下下述述述述三三三三个方面：个方面：个方面：个方面：控控控控制制制制电电电电流流流流I I不不不不变变变变，传传传传感感感感器器器器处处处处于于于于非非非非均均均均匀匀匀匀磁磁磁磁场场场场中中中中，U UHH B B 。可可可可进进进进行行行行磁磁磁磁场场场场、位位位位移移移移、角角角角度度度度、转转转转速速速速、加加加加速速速速度度度度等等等等测测测测量。量。量。量。磁场不变，即磁场不变，即磁场不变，即磁场不变，即B B不变，不变，不变，不变，U UHH I I。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。故凡能转换成电流变化的各量均能测量。I I、B B均变化，均变化，均变化，均变化，U UHH IBIB。可用于乘法、功率等方面的计算与测量。可用于乘法、功率等方面的计算与测量。可用于乘法、功率等方面的计算与测量。可用于乘法、功率等方面的计算与测量。一、霍尔位移传感器应用一、霍尔位移传感器应用 霍尔位移传感器可制作成如图霍尔位移传感器可制作成如图霍尔位移传感器可制作成如图霍尔位移传感器可制作成如图1313所示结构。在极所示结构。在极所示结构。在极所示结构。在极性相反、磁场强度相同的两个磁钢的气隙间放置一个性相反、磁场强度相同的两个磁钢的气隙间放置一个性相反、磁场强度相同的两个磁钢的气隙间放置一个性相反、磁场强度相同的两个磁钢的气隙间放置一个霍尔元件。当控制电流霍尔元件。当控制电流霍尔元件。当控制电流霍尔元件。当控制电流I I恒定不变时，霍尔电势与外磁恒定不变时，霍尔电势与外磁恒定不变时，霍尔电势与外磁恒定不变时，霍尔电势与外磁感应强度成正比感应强度成正比感应强度成正比感应强度成正比图图图图12(a)12(a)图图图图12(b)12(b)磁场变化磁场变化磁场变化磁场变化 若磁场在一定范围内沿若磁场在一定范围内沿若磁场在一定范围内沿若磁场在一定范围内沿X X方向的变化梯度方向的变化梯度方向的变化梯度方向的变化梯度 为一为一为一为一常数，如图常数，如图常数，如图常数，如图12(b)12(b)所示，则当霍尔元件沿所示，则当霍尔元件沿所示，则当霍尔元件沿所示，则当霍尔元件沿x x方向移动时，方向移动时，方向移动时，方向移动时，霍尔电势变化为霍尔电势变化为霍尔电势变化为霍尔电势变化为式中式中式中式中 KK位移传感器的输出灵敏度位移传感器的输出灵敏度位移传感器的输出灵敏度位移传感器的输出灵敏度.则有则有则有则有:上式说明霍尔电势与位移量成线性关系。其输出电势上式说明霍尔电势与位移量成线性关系。其输出电势上式说明霍尔电势与位移量成线性关系。其输出电势上式说明霍尔电势与位移量成线性关系。其输出电势的极性反映了元件位移方向。磁场梯度越大，灵敏度的极性反映了元件位移方向。磁场梯度越大，灵敏度的极性反映了元件位移方向。磁场梯度越大，灵敏度的极性反映了元件位移方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。这种位移越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。这种位移越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。这种位移越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。这种位移传感器一般可测量传感器一般可测量传感器一般可测量传感器一般可测量12mm12mm的微小住移，其特点是惯的微小住移，其特点是惯的微小住移，其特点是惯的微小住移，其特点是惯性小，响应速度快无触点测量。利用这一原理可以性小，响应速度快无触点测量。利用这一原理可以性小，响应速度快无触点测量。利用这一原理可以性小，响应速度快无触点测量。利用这一原理可以测量与之有关的非电量，如力、压力、加速度、液位测量与之有关的非电量，如力、压力、加速度、液位测量与之有关的非电量，如力、压力、加速度、液位测量与之有关的非电量，如力、压力、加速度、液位和压力等。和压力等。和压力等。和压力等。1、微位移测量、微位移测量 (a)(a)曲曲曲曲线线线线对对对对应应应应(a)(a)图图图图的的的的磁磁磁磁路路路路结结结结构构构构，其其其其线线线线性性性性范范范范围围围围窄窄窄窄，而而而而且且且且在在在在位位位位移移移移z=0z=0时，时，时，时，U UHH 0 0。(b)(b)曲曲曲曲线线线线对对对对应应应应(b)(b)图图图图，当当当当z=0z=0时时时时，B=0B=0，故故故故 U UHH=0=0。当当当当z z 0 0时时时时，U UHH 0 0，其其其其值值值值决决决决定定定定于于于于B B的的的的大大大大小小小小。这这这这种种种种结结结结构构构构U UHH与与与与B B具具具具有有有有良良良良好好好好线线线线性性性性，且且且且分分分分辨辨辨辨力力力力较较较较高高高高，可可可可达达达达1010-6-6mm；另另另另外外外外两两两两块块块块磁磁磁磁钢钢钢钢越越越越短短短短，磁磁磁磁场场场场梯梯梯梯度度度度越越越越大大大大，灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度越越越越高。高。高。高。(c)(c)曲曲曲曲线线线线对对对对应应应应(c)(c)图图图图，磁磁磁磁场场场场梯梯梯梯度度度度很很很很大大大大，所所所所以以以以它它它它的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度很很很很高高高高，但但但但它它它它的的的的测测测测量量量量位位位位移移移移量量量量很很很很小小小小，一一一一般般般般z z0.5mm0.5mm，所所所所以以以以它它它它特特特特别别别别适适适适合合合合于于于于测测测测量量量量微微微微位位位位移移移移以以以以及及及及机机机机械械械械振振振振动动动动的的的的振振振振幅幅幅幅等。等。等。等。产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：2、霍尔式微压、压力传感器、霍尔式微压、压力传感器 3、霍尔式加速度传感器、霍尔式加速度传感器 4、霍尔式机械振动传感器、霍尔式机械振动传感器 二二 转速测量转速测量 图图图图1313是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性转盘的输入轴与被测转轴相连转盘的输入轴与被测转轴相连转盘的输入轴与被测转轴相连转盘的输入轴与被测转轴相连,当被测转轴转动时，当被测转轴转动时，当被测转轴转动时，当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定传感器测量转速磁性转盘上小磁铁数目的多少决定传感器测量转速磁性转盘上小磁铁数目的多少决定传感器测量转速磁性转盘上小磁铁数目的多少决定传感器测量转速的分辨率。的分辨率。的分辨率。的分辨率。图图图图13131 1、转轴、转轴、转轴、转轴2 2、转盘、转盘、转盘、转盘3 3、磁铁、磁铁、磁铁、磁铁4 4、霍尔元、霍尔元、霍尔元、霍尔元件、测量电件、测量电件、测量电件、测量电路路路路 三、霍尔计数装置霍尔计数装置 霍尔开关传感器霍尔开关传感器霍尔开关传感器霍尔开关传感器SL3501SL3501具有较高的灵敏度的集成具有较高的灵敏度的集成具有较高的灵敏度的集成具有较高的灵敏度的集成霍尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑霍尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑霍尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑霍尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑色金属零件进行计数检测。图色金属零件进行计数检测。图色金属零件进行计数检测。图色金属零件进行计数检测。图1414是对钢球进行计数是对钢球进行计数是对钢球进行计数是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器时，传感器可输出峰值器时，传感器可输出峰值器时，传感器可输出峰值器时，传感器可输出峰值20 20 mvmv的脉冲电压，该电压的脉冲电压，该电压的脉冲电压，该电压的脉冲电压，该电压经放大器经放大器经放大器经放大器A(OP07)A(OP07)放大后，输出端便可引发单片机中放大后，输出端便可引发单片机中放大后，输出端便可引发单片机中放大后，输出端便可引发单片机中断计数，并由显示器显示检测数值。断计数，并由显示器显示检测数值。断计数，并由显示器显示检测数值。断计数，并由显示器显示检测数值。图图图图1414图图图图15 15 工件计数实际电路原理图工件计数实际电路原理图工件计数实际电路原理图工件计数实际电路原理图四、差动式霍尔传感器原理四、差动式霍尔传感器原理 U UHH=U=UHH1 1-U-UHH2 2讨论：讨论：讨论：讨论：(1)(1)当霍尔元件在平衡位置时，当霍尔元件在平衡位置时，当霍尔元件在平衡位置时，当霍尔元件在平衡位置时，U UHH1 1=U=UHH2 2，则，则，则，则U UHH=0=0；(2)(2)当当当当霍霍霍霍尔尔尔尔元元元元件件件件向向向向右右右右位位位位移移移移 x x，U UHH1 1 ,U UHH2 2 ，U UHH=U UHH1 1-U-UHH2 2=-=-U UHH(3)(3)当霍尔元件向左位移当霍尔元件向左位移当霍尔元件向左位移当霍尔元件向左位移 x x，U UHH1 1 ,U,UHH2 2 ，U UHH=U=UHH1 1-U-UHH2 2=U UHH总结总结原始原始原始原始输入量输入量输入量输入量变换原理变换原理变换原理变换原理物理现象物理现象物理现象物理现象能量能量能量能量关系关系关系关系输出量输出量输出量输出量I I或或或或B B 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应 物性型物性型物性型物性型 控制型控制型控制型控制型 霍尔电势霍尔电势霍尔电势霍尔电势