霍爾效應傳感器的5個重要應用

磁傳感器是能夠檢測和分析由磁鐵或電流產生的磁場的設備。它們可用于不同類型的應用，例如感應磁場位置和角度的變化，感應磁場強度或方向的變化等。

【導讀】磁傳感器是能夠檢測和分析由磁鐵或電流產生的磁場的設備。它們可用于不同類型的應用，例如感應磁場位置和角度的變化，感應磁場強度或方向的變化等。

什么是磁傳感器？

磁性傳感器

磁傳感器是能夠檢測和分析由磁鐵或電流產生的磁場的設備。它們可用于不同類型的應用，例如感應磁場位置和角度的變化，感應磁場強度或方向的變化等。

有多種類型的磁傳感器，例如用于檢測磁場強度變化的霍爾效應傳感器（霍爾開關、線性霍爾傳感器等），用于檢測磁場方向變化的磁阻傳感器、用于檢測磁場角度變化的角度傳感器、3D 霍爾傳感器以及磁性速度傳感器。霍爾效應傳感器被廣泛應用于接近傳感器、位置和速度測量等領域。它們甚至用于計算機打印機、氣缸、計算機鍵盤等。

磁傳感器通常是一種固態器件，由于其高精度和準確度高、操作少、維護成本相對較低、設計緊湊等特點，如今需求量很大。例如，工業應用是可用的，密封的霍爾效應器件是防水的，并且其制造方式也可以抵抗任何振動。

磁傳感器廣泛用于汽車系統，特別是用于分析汽車座椅、安全帶的位置和用于控制安全氣囊系統以及用于檢測車輪轉速以用于防抱死制動系統（ABS）。

霍爾效應傳感器

霍爾效應傳感器是磁傳感器，其輸出取決于磁傳感器周圍的磁場或磁通量密度。

● “霍爾”這個詞來自第一次發現這種霍爾效應的 Edwin Hall 博士。

● 如果存在垂直于電流通過的物體的外部磁場，則會在垂直于磁場和電流的方向上產生電動勢。

什么是霍爾電壓 ？

如果在磁傳感器中施加外部磁場，它就會被激活。霍爾效應傳感器的輸出電壓與通過的施加磁場強度成正比。在外場超過特定的磁通密度閾值后，會產生輸出電壓，通常稱為霍爾電壓（VH）。

霍爾系數

霍爾系數RH的單位通常以m3/C, or Ω·cm/G 表示。

霍爾效應傳感器的構造：

霍爾效應傳感器通常由一塊矩形半導體組成，例如銦銻 (InSb) 或砷化鎵 (GaAs)，稱為霍爾探頭，安裝在 鋁板上并完全覆蓋在探頭內部。由非磁性材料制成的探針柄與探針頭連接，使得半導體矩形板的平面垂直于探針柄。

當設備被激活時，電流會持續流過半導體。如果外部磁場線與探頭成直角，使得磁場線穿過探頭傳感器的直角，則會產生稱為“霍爾效應”電壓的電壓，并且設備會提供讀數外場的磁通密度 (B)。

霍爾效應傳感器的符號：

什么是霍爾效應傳感器？

霍爾效應傳感器的工作原理

● 霍爾效應傳感器的工作主要是由于洛倫茲力的影響（它是帶電粒子由于電場或磁場而受到的力，即簡單的電磁場）。

● 在存在足夠大小的現有外部磁場的情況下，半導體板中的電子被偏轉向板的一個邊緣，即，由于作用在它們上的洛倫茲力，空穴和電子向板的任一側移動。

● 為此，半導體的一側帶負電，而另一側則帶正電。由于在這兩側積累了相反的電荷，這會在矩形板的兩側產生電壓梯度。該電壓稱為霍爾電壓 (V H )，通過使用外部磁場產生這種可測量的霍爾電壓的效果稱為霍爾效應。

● 為了產生電位差以產生可測量的電壓，外部磁場線必須與電流流過平板的平面成直角。此外，應為霍爾效應傳感器提供正確的極性以使其工作。

霍爾效應傳感器工作

● 當電子和空穴相互遠離時，會產生電位梯度，并且分離會增加，直到電場產生的力與磁場產生的力相平衡。當兩個力相互平衡時，電流不會發生變化，并且在該點檢測到的霍爾電壓并根據該磁通密度 (B) 已計算出來。

● 如果輸出電壓與磁通密度成線性關系，則稱其為線性霍爾效應傳感器，如果在不同磁通密度下輸出電壓有急劇下降，則稱為閾值霍爾效應傳感器。

● 我們聽說過感應式傳感器，它會響應變化的磁場，因為它會在線圈中感應出電流，從而在其輸出中產生電壓。因此，電感式傳感器只能檢測靜態（不變）磁場，而霍爾效應傳感器可以檢測變化和不變的磁場。

● 霍爾效應傳感器可以提供有關用于產生電壓的磁極類型以及外部磁通密度 (B) 大小的信息。使用一組傳感器，我們可以找到所使用的外部磁鐵的相對位置。

● 霍爾效應傳感器的輸出電壓通常非常小，即使在傳感器上施加強外部磁場時也只有幾微伏。因此，大多數市售霍爾效應傳感器都內置有直流放大器和穩壓器，以提高傳感器的靈敏度和輸出電壓的幅度。

模擬和數字霍爾效應傳感器

霍爾效應傳感器的輸出可以是線性（模擬）或數字。線性霍爾效應傳感器的輸出與外部磁場成正比，即通過傳感器的磁通量密度取自差分運算放大器的輸出。霍爾效應線性（模擬）傳感器具有隨外部磁場強度變化而變化的連續電壓輸出。

霍爾效應傳感器公式：

線性霍爾效應傳感器的輸出可以表示為：

在霍爾效應的情況下，數字傳感器的輸出取自 OPAMP 的輸出，而 OPAMP 又與具有內置滯后功能的施密特觸發器相連，從而減少了輸出電壓的振蕩。在這種情況下，只有當外部場強高于設備中的特定值時，設備才會從關閉狀態切換到開啟狀態。

霍爾效應傳感器類型：

根據它們運行所需的外部磁極的類型，霍爾效應傳感器有兩種類型。

1、雙極

2、單極

使用單個磁鐵的霍爾效應傳感器中最常見的兩種傳感配置是正面檢測和側向檢測。在側向檢測中，需要在霍爾效應元件的正面側向移動磁鐵。在正面檢測中，磁鐵以垂直于霍爾元件平面的方式朝向和遠離霍爾元件移動。

霍爾效應傳感器的應用：

● 位置傳感器： 在開/關模式下工作時，即具有數字輸出，檢測磁性材料的出現是霍爾效應傳感器的重要工業應用之一。

● 直流變壓器： 霍爾效應傳感器用于測量直流磁通量，從而可以計算出直流電流。

● 鍵盤開關： 對于某些計算機鍵盤，正在使用霍爾效應開關。但由于其成本相對較高，其高可靠性僅限于航空航天和軍事領域。

● 油位指示器： 霍爾效應傳感器使用位置感應來感應浮動元件的位置，并用作汽車油位指示器。

● 電動跑步機： 霍爾傳感器在這里用于速度傳感器，也用于因意外跌倒而導致的緊急停止。跑步機中使用者的腰帶與拉繩相連，而拉繩又與磁鐵相連。如果用戶不小心跌倒，磁鐵會脫落，電源會中斷，機器會停止。

審核編輯 黃昊宇