霍尔传感器的工作原理、检测方法、特性参数及其优点用途

　　霍尔传感器是基于霍尔效应的一种磁敏传感器。将通有电流的物体放在磁场中，如果电流方向与磁场方向互相垂直，则在与磁场和电流方向都垂直的方向上会产生横向电势差，这个现象称为霍尔效应，产生的电势差称为霍尔电压。采用产生霍尔效应显著的半导体材料制成霍尔器件，作为霍尔传感器中的磁电转换元件，可以进行电磁测量，如测量磁场、电流、电功率等磁物理量和电量。霍尔传感器还可以利用磁场作为媒介，对很多物理量实现非接触式测量，通过转换测量力、位移、振动、加速度、转速、流量等非电量，广泛应用于工业、交通、通信、自动控制、家用电器等各个领域。

　　霍尔传感器的工作原理

　　霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。

　　直放式电流传感器（开环式）

　　众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的

　　额定输出标定为4V。

　　磁平衡式电流传感器（闭环式）

　　磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿， 从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

　　磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上， 所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。 这一电流再通过多匝绕组产生磁场 ，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场， 使霍尔器件的输

　　出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘 所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用 ，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。 一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。

　　磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。

　　霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。

　　1-霍尔半导体元件 2-永久磁铁 3-挡隔磁力线的叶片

　　霍尔传感器的主要特性参数

　　前面介绍过了霍尔传感器是一种根据霍尔效应制作的磁场传感器，它的主要特性参数有以下几类。

　　（1）输入电阻R

　　霍尔传感器元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几欧到儿百欧，视不同型号的元件而定。

　　温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流变大，最终引起霍尔传感器电势变化。为了减少这种影响，最好采用恒流源作为激励源。

　　（2）输出电阻R

　　两个霍尔传感器电势输出端之间的电阻称为输出电阻，它的数位与输入电阻同一数量级。它也随温度改变顺改变。选择适当的负载电阻易与之匹配，可以使由温度引起的程水电势的漂移减至最小。

　　（3）最大激励电流I---霍尔传感器参数

　　由于霍尔传感器电势随激励电流的增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流1M但激励电流增大，程尔元件的功耗增大，元件的温皮升高，从而引起霍尔传感器屯势的温漂增大，因此每种型号的几件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至几百毫安。

　　（4）灵敏度K

　　灵敏度KH=EH/IB，它的数值约为10MV（MA.T）左右。

　　（5）最大磁感应强度BM---霍尔传感器参数

磁感应强度超过BM时，霍尔传感器电势的非线性误差将明显增大，特斯捡（T）成几千高斯（Gs）（1Gs=1