霍尔传感器在电气仪表中的应用研究
[摘 要] 霍尔传感器由于具有灵敏度高、线性好、稳定性高、体积小和耐高温等的特性，已广泛应用于各个领域，本文从电气系统检测仪表方面入手，着重介绍了霍尔传感器在电气仪表中的几种应用。
[关键词] 霍尔效应 霍尔传感器 电气仪表
0、引言
霍尔传感器是利用霍尔效应将被测非电量转换为电量的一种传感器。传感器位于研究对象与测试系统之间，是获取与检测信息的窗口。它可以直接测量电流、电压或磁场及微位移量，也可以间接测量振动、压力、压差、加速度等参数。目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，应用日益广泛。
1、霍尔效应和霍尔元件
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场力、电场力作用的结果，置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间就会产生电动势，这种现象即霍尔效应，该电动势即为霍尔电动势。图1-1为一块长度为b、厚度为d的P型半导体，将它置于磁感应强度为B（z轴）的磁场中静止不动。当y轴方向有电流I流动时，设有一个负电子沿与I相反方向以速度υ运动，从而形成附加电场，称为霍尔电动势，即为
式中B””磁感应强度；I””电流；RH””霍尔常数；d””霍尔元件的厚度；α””v与B间方向夹角。
图1-1 霍尔效应原理图
霍尔元件是利用霍尔效应制成的磁敏元件。用半导体材料和溅射工艺制成的霍尔元件,具有尺寸小,成本低,性能好的优点。由于霍尔元件是用半导体材料制成的,对温度的变化比较敏感,这会造成霍尔电压的内阻随温度变化。在工艺方面,若两个霍尔电压输出电极不在同一个等位面上以及材料电阻率不均,则会产生不等位电势。因此在使用霍尔元件时,应有相应的温度补偿电路和不等位电势的补偿电路,这可采用恒流驱动或恒压驱动来实现。将霍尔元件、放大器、补偿电路及稳压电源等集成在一个芯片上就成了霍尔传感器。
2、霍尔传感器的工作原理
2.1基本电路
霍尔传感器的基本电路如图1-2，控制电路由电源E供给，Rp为调节控制电流的大小的调节电阻，Rf为负载电阻。在磁场的作用下，负载上有电压输出。
图1-2 霍尔传感器的基本电路
2.2.测量角位移α
霍尔元件与被测物体连动，霍尔元件在一个恒定的磁场中转动，因而霍尔电动势反映了转角的变化，这个变化是非线性的。
式中，α为B向量与控制电流I向量间的夹角。如将霍尔片的法向方向与B向量重合，则...
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