[理学]检测课程模板 -9霍尔.pdfVIP

检 测 技 术 基 础 检测就是去认识 ——科学家西门子（W.Ven.Siemens ） 八、霍尔传感器 霍尔传感器 一、霍尔效应 放置在磁场中的静止导体通直流电流，若电流方向与磁场方向不相同，则平 行于电流方向的导体两侧将会产生电动势。  历史资料： 1879年美国物理学家霍尔在实验室里偶尔发现了这个现象并在科学杂志发表论 文。从此便把这个现象称为霍尔效应。由于当时霍尔是采用金属导体进行实 验的，产生的霍尔电势很小，并没有使用价值，所以并没有引起人们的兴趣 。直到1950年之后，科学家采用了半导体材料进行实验,发现霍尔电势显著增 大,引起了广泛注意。  目前由霍尔效应工作原理制成的模拟量检测和开关量检测的各种霍尔传感器 应用十分广泛。正是利用它的体积小，灵敏度高，可以进行非接触检测等的 优点，在测量位移、压力、振动、转速等方面获得很有实用价值的运用。 霍尔效应示意图  如图所示，取一块矩形a ×b ×d导体， 这个静止载流体放在一个均匀磁场内 。若在导体内有一个电子沿y方向，以V速度运动。这个电子在磁场内必然受 到作用力，称洛伦兹力。关系式： F=evB ×sin，  e：电子电荷， v：电子运动速度， B：磁感应强度，：电子速度方向v 与磁感应强度B方向的夹角。  按左手定则确定洛伦兹力的方向(将左手掌摊平，让磁力线穿过手掌心，四指 表示电荷(正电荷）运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛仑兹力 的方向。)电子受力运动轨迹偏离y轴线，必然导致沿x轴垂直两侧积聚电荷而 建立电场E （一端电子多带负电、一端缺电子带正电）。  电场E引起的静电力：F =E ×（-e ）；静电力又对洛伦兹力起到反作用，它阻 E 止电荷继续积聚。最后这两个力达到动态平衡。 即：evB ×sin+ F =E ×（-e ）=0，则：E=vB ×sin E 导体两侧表现的静电压： a UH 0 Eda E a a Bsin, I nead  其中：a为半导体宽度；d为厚度；ad为电子流过的横面积；n：单位体积的电 子数；流过导体的电流为I。 IB 1 UH sin RH IB sin(V) ned d 3  其中：R =1/ne为霍尔常数[m/sA] H 如果=90º时， IB 1 UH sin RH IB sin(V) ned d 1 UH RH IB K H IB (V) d . K =R /d=1/(ned) 称霍尔片的灵敏度，量纲[mV/(mAT)],表示单位电流、单 H H 位磁感应强度下输出霍尔电势。 霍尔片的材料控制极间电阻： v b U E b  b 1 RH R  ad R I I  RH  I I nevad ne 