传感器与检测技术---第7章 磁电式传感器.ppt

7.2 霍尔式传感器 课间休息 3. 霍尔元件基本特性 1） 额定激励电流和最大允许激励电流 当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。 2） 输入电阻和输出电阻 激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对外电路来说相当于一个电压源, 其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零且环境温度在20℃±5℃时确定的。 3）不等位电势和不等位电阻 当霍尔元件的激励电流为I时, 若元件所处位置磁感应强度为零, 则它的霍尔电势应该为零, 但实际不为零。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势U0。产生它的主要原因是霍尔电极安装位置不对称或不在同一等位面上造成的。如下图所示： A B C D I 不等位电势示意图 U0 不等位电势也可用不等位电阻r0表示，即 （7 - 19） 由上式（7 - 19）可以看出, 不等位电势U0就是激励电流流经不等位电阻r0所产生的电压。 4. 霍尔元件不等位电势补偿 不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级, 有时甚至超过霍尔电势, 而实用中要消除不等位电势是极其困难的, 因而必须采用补偿的方法。由于不等位电势与不等位电阻是一致的, 分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，用分析电桥平衡的方法来找到不等位电势的补偿方法。 霍尔元件的等效电路如下图所示：  理想情况下, 霍尔电极A、B处于同一等位面上，R1=R2=R3=R4, 电桥平衡，电势为零。 实际上, 由于霍尔电极A、B不处于同一等位面上，故此四个电阻值不相等, 则电桥不平衡。为使其达到平衡，可在阻值较大的桥臂上并联电阻（如下图7 - 10（a）所示）, 或在两个桥臂上同时并联电阻（如下图7 – 10（b）所示）。使不等位电势位零。 其中A、B为霍尔电极, C、D为激励电极, 电极分布电阻分别用R1、R2、R3、R4表示。 R1 R2 R3 R4 A B C D 霍尔元件等效电路 5. 霍尔元件温度补偿 霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时，就使霍尔元件产生温度误差。 减小霍尔元件温度误差的常用方法有： ① 用温度系数小的元件或采用恒温措施； ② 采用恒流源供电（由UH=KHIB 可看出）； ③电阻分流法；(电路如图7-11 所示） 除此之外，由于霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数，它随温度的变化也引起霍尔电势的变化。 一般来说，霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成 KH =KH0（1+αΔT） （7 - 20） 式中：KH0 ——温度T0时的KH 值; ΔT =T- T0——温度变化量;  α——霍尔电势温度系数。一般有α0 从UH=KH IH B 可以看出，当温度升高ΔT时，KH 增加（1+αΔT）倍。如果与此同时，让激励电流 IH 相应地减小, 并能保持KH IH 乘积不变, 也就抵消了灵敏系数KH 增加的影响。图 7 - 11 就是按此思路设计的一个既简单、补偿效果又较好的补偿电路。 Ip IH Rp Is U0 图 7 – 11 恒流源温度补偿电路 电路中用一个分流电阻Rp与霍尔元件的激励电极相并联。 当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时, 旁路分流电阻Rp自动地加强分流, 减少了霍尔元件的激励电流IH, 从而达到补偿的目的。 在图 7 - 11 所示的温度补偿电路中, 设初始温度为T0, 霍尔元件输入电阻为Ri0, 灵敏系数为KH0, 分流电阻为Rp0, 根据分流概念得 当温度升至T时, 电路中各参数变为 （7 - 21） Ri=Ri0（1+δΔT） （7 - 22） Rp=Rp0（1+βΔT） （7 -23） 式中：δ——霍尔元件输入电阻温度系数; β——分流电阻温度系数。 则 虽然温度升高ΔT, 为使霍尔电势不变, 补偿电路必须满足温升前、 后的霍尔电势不变, 即 UH0=UH KH0 IH0 B=KH IH B （7 - 25） 则  KH0 IH0=KH IH （