淺談霍爾傳感器

來源：   發(fā)布于：2013-4-15 9:02:12    瀏覽：6856

　霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，用它可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻杺鞲衅饕曰魻栃?yīng)為工作基礎(chǔ)，由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器。廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。本文介紹霍爾傳感器原理及其特點(diǎn)。

　　霍爾傳感器原理

　　磁場平衡式霍爾電流傳感器是由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾元件、次級線圈、放大器等組成，如圖所示。霍爾傳感器工作原理是磁場平衡式的，即原邊電流所產(chǎn)生的磁場，用通過次級線圈的電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾元件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。具體工作過程為：

　　當(dāng)原邊回路有一大電流IP流過時，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個強(qiáng)的磁場HP，這一磁場被聚磁環(huán)聚集，并感應(yīng)霍爾元件，使其有一個信號輸出Uh，這一信號經(jīng)放大器N放大，再輸入到功率放大器中，這時相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個補(bǔ)償電流Is。由于這一電流要通過很多匝繞組，多匝導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場Hs與原邊電流所產(chǎn)生的磁場Hp方向相反，因而相互抵消，引起磁路中總的磁場變小，使霍爾器件的輸出逐漸減小，最后當(dāng)Is與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場Hs與Ip所產(chǎn)生的磁場Hp相等時，達(dá)到磁場平衡，Is不再增加，這時霍爾元件就處于零磁通檢測狀態(tài)。

　　上述過程是在非常短的時間內(nèi)完成的，這一平衡的建立所需時間在1μs之內(nèi)，且是一個動態(tài)平衡過程，即：原邊電流Ip的任何變化都會破壞這一磁場平衡，一旦磁場失去平衡，霍爾元件就有信號輸出，經(jīng)放大器放大后，立即有相應(yīng)的電流流過次級線圈對其進(jìn)行補(bǔ)償。因此從宏觀上看，次級補(bǔ)償電流的安匝數(shù)在任何時刻都與原邊電流的安匝數(shù)相等，即：|NpIp|=|NsIs|

　　其中：Np為原邊匝數(shù)，Ip原邊電流;Ns為次級匝數(shù)，Is為次級電流。

　　所以，若已知Np、Ns，測得Is，即可得到原邊電流Ip的大小。利用同樣的原理，可進(jìn)行電壓測量，只需在原邊線圈回路中串聯(lián)一個電阻R1，將原邊電流Ip轉(zhuǎn)換成被測電壓Up。

　　即：Up=(R1+Rin)Ip=(R1+Rin)NsIs/Np

　　式中Rin為原邊內(nèi)阻。

　　磁平衡式電流電壓傳感器測量輸出信號為電流形式Is。若要獲得電壓的輸出形式，用戶需在M端和電源零點(diǎn)之間串一只電阻Rm，并在其上取電壓Um，如圖所示，串聯(lián)電阻的大小由下式限定：

　　Rmmax=(Emin-Uces-IsRi)/Is

　　其中：Emin為電源輸出最小電壓，Ri為傳感器次級內(nèi)阻，Uces為輸出功率管的飽和壓降。

　　用戶可取的最大電壓為：Ummax=Rmmax╳Is

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