霍尔传感器Word下载.docx

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霍尔电子元件的结构及其应用电路图

　　基本原理是磁性材料和电桥与运算放大器构成，当有磁场通过霍尔元件内部的磁性材料时，霍尔元件内部的电桥平衡被破坏，这样使运算放大器产生输出变化，根据这样的变化霍尔元件可形成形形色色的检测电路。

　　霍尔元件内部结构及其应用图：

霍尔元件内部结构其实十分简单如图1：

基本原理是磁性材料和电桥与运算放大器构成，当有磁场通过霍尔元件内部的磁性材料时，霍尔元件内部的电桥平衡被破坏，这样使运算放大器产生输出变化，根据这样的变化霍尔元件可形成形形色色的检测电路。

下面是霍尔元件的形成图解；

需要知道更加详细的原理请参考每一种霍尔元件的使用方法！

　　例如：

你可以购买一个“有计数的CPU风扇”在它的内部就有一个完整“霍尔元件计数器电路”。

实验二十三霍尔传感器传输速度测量实验

http:

//202.114.4.28/jpkc/gccsjs/GccsLAB/23.htm|PublishingDate：

2007-07-30

一.实验目的

1.通过本实验熟悉霍尔传感器的工作原理。

2.通过本实验了解和掌握采用LHG-5-A型霍尔传感器进行转速测量实验的原理和方法。

二.实验原理

霍尔传感器是利用霍尔效应来工作的一类传感器的总称。

霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。

霍尔元件具有对磁场敏感，结构简单、体积小、频响宽、动态范围大（输出电势的变化大）、无活动部件、使用寿命长等优点，因此在测量技术、自动化技术等方面有着广泛的应用。

利用霍尔输出正比于控制电流和磁感应强度乘积的关系，可分别使其中一个量保持不变，另一个量作为变量；

或两者都作为变量。

因此，霍尔元件大致可分为三种类型的应用。

例如，当保持元件的控制电流恒定，而使元件所感受的磁场因元件与磁场的相对位置、角度的变化而变化时，元件的输出正比于磁感应强度，这方面的应用有测量恒定和交变磁场的高斯计等。

当元件的控制电流和磁感应强度都作为变量时，元件的输出与两者乘积成正比，这方面的应用有乘法器、功率计等。

霍尔元件也可以用来测量旋转体转速。

利用霍尔元件测量转速的方案很多。

其一是将永久磁铁装在旋转体上，霍尔元件装在永久磁铁旁，相隔lmm左右。

当永久磁铁通过霍尔元件时，霍尔元件输出一个电脉冲（如图23.1所示）。

由脉冲信号的频率便可得到转速值。

其二是将永久磁铁装在靠近带齿旋转体的侧面，磁铁N极与S极的距离等于齿距。

霍尔元件粘贴在磁极的端面。

齿轮每转过一个齿，霍尔元件便输出一个电脉冲，测定脉冲信号的频率便可得到转速值。

本实验利用LHG-5-A型霍尔传感器采用第一种方案来进行速度测量。

图23.1霍尔传感器转速测量

三.实验仪器和设备

1.输送线实验台架（LCSX-12-A）1套

2.霍尔传感器（LHG-5-A）1套

3.蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2）1套

4.开关电源（LDY-A）1套

5.传感器支架（LZJ-A）1套

6.个人计算机n台

四.实验步骤及内容

1.输送线传输速度测量实验结构如图23.2所示，将LHG-5-A型霍尔传感器接入输送线模块对应通道。

图23.2输送线传输速度测量实验结构示意图

2.启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。

联机注册成功后，从DRVI工具栏中启动“DRVI微型Web服务器”，开始监听8600端口。

3.在DRVI软件平台的地址信息栏中输入如下信息“http:

//服务器IP地址:

8600/GccsLab/index.htm”，打开WEB版实验指导书，在实验目录中选择“霍尔传感器传输速度测量”实验，点击附录中“服务器端”脚本文件链接，将本实验的“服务器”端脚本文件读入。

4.点击“开始”按钮运行服务器端的实验脚本，如果显示波形没有出现近似矩形波，并且相关的速度测量是无效的，请调整脉冲计数门限，直到出现正常的波形为止，如图23.3所示。

5.打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI客户端程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：

192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕后即可正常运行客户端中所有的功能。

图23.3转速测量服务器端实验样本

6.点击附录中的“客户端”脚本文件链接，将实验的脚本文件读入。

将服务器IP地址填入数据服务器IP地址输入栏中，如图23.4所示。

在服务器端进行数据采集的同时，点击“开始”按钮，进行客户端的速度测量过程。

图23.4转速测量客户端实验样本

五.实验报告要求

简述实验目的和原理，分析并整理实验测量结果。

六.思考题

1．该实验还可以采用其它哪些传感器进行？

2．调整不同的采样频率后，输出信号有何变化？

并解释产生这种现象的原因。

附录：

1. 

该实验的实验信号处理框图如图23.5所示

图23.5转速测量实验信号处理框图

霍尔传感器及其应用

对磁敏感的传感器称为磁敏传感器，主要有干簧管、磁敏二极管、磁敏三极管、磁阻传感器及霍尔传感器等。

本文介绍的是霍尔传感器及其应用。

以磁场作为媒介，利用霍尔传感器可以检测多种物理量，如位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电功率等。

它不仅可以实现非接触测量，并且采用永久磁铁产生磁场，不需附加能源。

另外，霍尔传感器尺寸小、价格便宜、应用电路简单、性能可靠，因而获得极为广泛的应用。

除了直接利用霍尔传感器外，还利用它开发出各种派生的传感器。

霍尔效应与霍尔元件

金属或半导体薄片的两个端面通以控制电流Ic，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势Uh，称为霍尔电势或霍尔电压（如图l所示）。

霍尔电势Uh=KhIcB（其中Kh为霍尔元件灵敏度，它与所用的材料及几何尺寸有关）。

这种现象称为霍尔效应，而用这种效应制成的元件称为霍尔元件。

由于霍尔元件输出的电压信号较小，并且有一定的温度误差，目前已较少直接使用霍尔元件作传感器。

霍尔集成传感器

随着半导体工艺技术的发展，将霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源做在一个芯片上，成为霍尔集成传感器（目前习惯上称为霍尔传感器）。

为了应用上的需要，霍尔集成传感器又分成线性型霍尔传感器及开关型霍尔传感器。

根据使用要求不同又开发出不同性能的系列产品。

这里仅介绍一些新型的典型产品及应用电路。

线性型霍尔传感器

这里介绍Honevwell公司的SS49系列及SS495系列。

1． 

SS49系列

SS49系列霍尔传感器是一种三端器件，它敏感于外界的磁感应强度，输出与磁感应强度成比例的电压信号。

该元件的特点是：

电源电压范围为4V-10V，随着电源电压增加，输出信号幅度增大，但线性度范围却缩小；

静态工作电流较小，典型值为4mA，适用于便携式电池供电的场合；

响应于N极或s极；

在很宽的磁场范围内有较好的线性度；

能有较大的输出电流的能力（10mA连续，20mA最大）；

尺寸小（贴片式器件）。

该元件在不同工作电压时的输出特性如图2所示。

在5V工作电压、OT（特斯拉）时输出为2V。

该元件的温度特性如图3所示，在温度范围较大时需加温度补偿。

该器件有TO-92封装及SOT-89贴片式封装，其管脚排列如图4所示。

典型应用电路如图5所示，Rl为负载电阻。

2．SS495A1

ss495A1是高精度线性输出霍尔元件。

该元件特点是：

内部有温度补偿电路并由激光对电阻进行修正，使零点温漂为±

0．04％／℃，灵敏度漂移为+0．02-±

0．03％／℃；

输出电压在-0.064T～+0.064T范围时为0．5v～4．5v（典型值），它可以直接与单片机接口；

OT时为2．5v±

0．075V；

灵敏度为3．125±

O．094；

线性度误差为-1．0％量程）；

工作温度范围-40℃～+150℃；

工作电压范围为4．5v～10．5v，工作电流7mA（典型值）。

该元件尺寸小（约4mm×

3mm），并有贴片式封装形式，其管脚排列与前同。

该元件典型输出特性如图6所示。

应用电路

1．位移测量

将线性霍尔传感器放在两块磁铁的中间，其磁感应强度为零。

这个位置可作为位移的零点（如图7（a）所示）。

当霍尔传感器在Z轴作AZ位移时，经调整电路处理后其输出电压Vo与位移△Z特性如图7（b）所示。

图7（b）是按同样的原理制成的力传感器。

2．简易磁场强度计

图8是一种用SS49制成的简易磁场强度计的电路图。

在0-±

0．1T的磁感应强度时，输出为0～5v。

当磁感应强度为-0．1T时，调RPl，使输出为0V；

当磁感应强度为+0．1T时，调RP2，使输出为5V（在磁感应强度为零时，输出为2．5v）。

若外接一个O～5V表头即成为±

0．1T的磁场强度计了（刻度要重画）。

由于SS49有一定的温度误差，可在6．8k电阻并联一个PTC热敏电阻进行补偿，其阻值要根据传感器的温度特性来调试，如图8右图所示。

若采用495Al高精度线性霍尔元件来做磁场强度计，则在±

0．64T时，输出0．5v～4．5V，则可直接接一个0～5V电压表头即制成较高精度的磁场强度计，无需任何电路（仅仅将电压刻度换成T即可：

在0．5V处刻度为一0．64T；

在2．5v处刻度为0T；

在4．5V处刻度为+0．64T即成）。

霍尔传感器及其应用

（二）

开关型霍尔传感器

开关型霍尔传感器是一种集成传感器，它内部含有霍尔元件、放大器、稳压电源、带一定滞后特性的比较器及集电极开路输出部分等，如图1（a）所示，外形如图1（b）所示。

开关型霍尔传感器的工作特性如图2所示。

当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，但磁感应强

度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRE时，传感器才由低电平跃变为高电平。

Bop与Bre之间的滞后（或称为回差）使开关动作更为可靠。

由于传感器内部为集电极开路输出，所以需外接一个上拉电阻，其阻值与电源电压大小有关，一般取1～2k，如图3所示。

另外还有一种“锁键型”（或称锁存型）开关型霍尔传感器，其特性如图4所示。

当磁感应强度超过动点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到Bre时，才能使电平产生变化。

这里介绍SS100系列及ss40两种典型产品。

这两种产品都是HonevweⅡ公司的产品。

1．SSl00系列

SSl00系列是贴片式器件，SOT-89封装[如图1（b）所示]。

它的特点是工作电压范围较宽（3．8—24V）；

工作电流小（最大为10mA）；

其输出级集电极最大电流可达20mA；

工作温度范围较宽（-40--+125℃）；

有单极、双极及锁存型，可供用户选择。

参数性能见附表（仅选择该系列部分产品）。

2．SS40（双极型）

SS40为TO-92封装，其外形及管脚见图1（b）。

该器件工作速度可达100kHz；

工作温度范围可达-55—150℃；

工作电压范围4．5-24v；

工作电流最大值为8．7mA（典型值为4mA），输出低电平时典型值为0．15v（最大值为0．4V）；

上升时间0．2us（典型值），下降时间0．5us（典型值）；

在25度时的

动作点最大值为4．0mT，最小释放点为-4．0mT，最小回差为8．0mT。

典型应用电路

开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽，工作可靠，价格便宜，因此获得极为广泛的应用。

它只要配合一块小永久磁铁就很容易做成车门是否关好的指示器（如公共汽车的三个门必须关闭，司机才可开车；

电梯门关好，电梯才能升降）和防盗报警器（当门或窗被非法撬开时，开关型霍尔元件可输出报警信号，如图3所示）。

另外一类是可以利用它做成测量转速（转数）等，如图5所示。

几种典型的连接负载电路如图6所示。

图6（a）为与继电器连接，图6（b）为与晶闸管连接。

转自维修吧-