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第六章　霍尔式传感器 一、霍尔效应 霍尔元件：直角平行六面体的单晶半导体薄片 材料：锗(Ge)、硅(Si)、砷化铟(InSb)等半导体材料。 霍尔元件组成：半导体薄片和两对电极组成 霍尔元件的符号和基本电路 霍尔电势方向判别： OP-17 速度与 CF357 相当, UIOS IIOS 和αUIOS 大约 只有CF357的十分之一; 封装、引线排列和应用线路与CF357的完全相同; 工作温度范围为10℃ ~ 70℃。 OP-27 UIOS ,αUIOS 与OP-07相近;IIOS 和α IIOS 比 OP-07的大; OP-27 噪声电压特别小,小于OP-07的十分之一; U0产生的原因： (1)制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上，如图5-8a所示。 (2)霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜(见图5-8b)，致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。 3、采用温度补偿元件 1、微位移测量 (a)曲线对应(a)图的磁路结构，其线性范围窄，而且在位移z=0时，UH ? 0。 (b)曲线对应(b)图， 当z=0时，B=0，故 UH=0。当z?0时，UH?0，其值决定于B的大小。这种结构UH与B具有良好线性，且分辨力较高，可达10-6m；另外两块磁钢越短，磁场梯度越大，灵敏度越高。 (c)曲线对应(c)图，磁场梯度很大，所以它的灵敏度很高，但它的测量位移量很小，一般z??0.5mm，所以它特别适合于测量微位移以及机械振动的振幅等。 2、霍尔式微压、压力传感器 3、霍尔式加速度传感器 4、霍尔式机械振动传感器 四、差动式霍尔传感器原理 UH= UH1-UH2 讨论： (1)当霍尔元件在平衡位置时，UH1= UH2，则UH=0； (2) 当霍尔元件向右位移?x，UH1?, UH2?，UH= UH1-UH2=-? UH (3) 当霍尔元件向左位移?x，UH1?, UH2?，UH= UH1-UH2= ? UH 总结 图8 不等位电势补偿电路原理图 Sensor 具有自清洁功能的新型传感器问世 据悉，美国宾夕法尼亚州立大学研发出一种具有自我清洁功能的新型传感器—二氧化钛纳米管氢传感器。 研究表明，尽管二氧化钛纳米管氢传感器属气敏传感器，但却有着光敏性较其他形式的二氧化钛材料高100倍的特性。只要将其暴露在紫外线下，吸附在二氧化钛纳米管氢传感器上的污染物质就能轻而易举地被有效清除掉。因此，在实际使用中，这种传感器能够靠自己的能耐使自己清洁如故、性能如初，并保持原有的探测灵敏度。 氢传感器广泛应用于化工、石油和半导体工业，也常被用作诊断工具，用来监测某些种类的细菌感染。在日常生活中，氢传感器同样大有用武之地。比如，面包店可以利用氢传感器帮助面包师监测氢浓度和烤箱温度，确定面包出炉的时间；氢传感器更是燃料电池汽车忠实的安全卫士，用于监测这种汽车的燃烧系统的氢泄漏。对于燃料电池汽车来讲，如果氢泄漏达到4％，就会引发爆炸。 　　然而，常规氢传感器的保洁问题颇令人头疼。在使用氢传感器的各种场合，比如在石化厂，氢传感器经常变得很脏，监测功能也因此大打折扣。宾夕法尼亚州立大学科研人员的这项研究，其目标就是让氢传感器升级换代，彻底解决这种传感器的保洁问题。 2．温度误差及其补偿 由于半导体材料的电阻串、迁移率和载流子浓度等都随温度变化而变化，因此．会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同半导体材料有所不同。而且温度高到一定程度，产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误差。针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻)的变化可以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。 (1)利用输出回路并联电阻进行补偿 在输入控制电流恒定的情况下，如果输出电阻随温度增加而增大．霍尔电势增加； 若在输出端并联一个补偿电阻RL，则通过霍尔元件的电流减小，而通过的RL电流 却增大。只要适当选择补偿电阻RL，就可达到补偿的目的，如图9所示。下面介绍如何选择适当的补偿电阻。 图9 输出回路补偿 在温度影响下，元件的输出电阻从 变到 。输出电阻 和电势应为: 式中: 、 为温度t时霍尔元件的输出电势 和电阻 的温度系数。此时 的电压则为： 补偿电阻RL上电压随温度变化最小的极值条件为： 即： 因