应变式传感器及其应用

主编刘伟电子工业出版社传感器原理及应用技术（第2版）高等职业教育电子信息类贯通制教材（机电技术专业）第6章霍尔传感器6.1霍尔传感器及其集成电路6.2霍尔传感器的应用小结6.1霍尔传感器及其集成电路6.1.1霍尔传感器的工作原理6.1.2霍尔集成电路6.1.1霍尔传感器的工作原理1.霍尔效应霍尔效应的产生是由于运动电荷受到磁场中洛伦兹力作用的结果。IBKUHH2.霍尔元件的主要技术参数（1）输入电阻(ＲＩＮ)和输出电阻(ＲOUT)（2）额定控制电流ＩC（3）不等位电势（也称为非平衡电压或残留电压）Ｕ0和不等位电阻Ｒ0（4）灵敏度ＫH（5）寄生直流电势Ｕ0D（6）霍尔电势温度系数α（7）电阻温度系数β6.1.2霍尔集成电路将霍尔元件、放大器、温度补偿电路、输出电路及稳压电源等集成在一块芯片上，称为霍尔集成电路，常见的有线性型和开关型两种。1.线性型霍尔集成传感器在一定的控制电流条件下，线性型霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性关系。它有单端输出型与双端输出型两种。2.开关型霍尔集成传感器常见的霍尔开关集成电路有UGN-3000系列，其外形与UGN3501T相同，内部由霍尔元件、放大器、整形电路及输出电路组成，如图6.3所示。3.霍尔IC的分类(1）按输出级工艺分类BIPOLAR工艺：如EW-512、DN6851、A3172等。CMOS工艺：如US1881、US5881系列等。此种工艺先进，功耗小，输出级饱和压降Vsat小，更适合数字信号处理应用。计算机芯片就是CMOS工艺，如内存、CPU等。(2）按输出级负载分类OC输出：无内置上拉电阻，如US1881、US5881。使用时必须要外加上拉电阻。RC输出：内置上拉电阻，如DN6851等。但是还是要外加上拉电阻，否则无法驱动后面的负载。(3）按磁特性（非常重要的参数）分类单极开关型（SWITCH）：如DN6852、US5881等，它们的磁特性分别如图所示，由于它们的BOP、BRP极性相同，所以适用于单稳态开关、摩托车点火开关以及出租车计价器等。（4）按温度特性分类温度特性表明了IC的可靠性。民用品的可靠性低于工业品的可靠性；工业品的可靠性不如军品的可靠性。通常军品级的IC价位是民品级4～5倍。通常划分温度等级如下：民品级-20～85℃，如DN6851。工业级-40～25℃，如US1881KUA、US1881KSO。军品级-40～150℃，如MLX1881LUA、MLX1881LSO。6.2霍尔传感器的应用6.2.1霍尔计数与霍尔转速表6.2.2霍尔电流、电压传感器6.2.3霍尔电机与霍尔汽车无触点电子点火器6.2.4液位探测与报警6.2.5位置传感器利用开关型霍尔集成电路可以对导磁性金属产品计数或做转速测量。下图为转速测量示意图，霍尔元件输出的信号经放大、整形后送入电子计数器计数并显示，或送入计算机处理后实现自动控制。由于通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比，且在导体周围产生的磁场与电流强度有关。因此，只要测量出导体周围磁场强度的变化，就可以测出导体中的电流或导体两端的电压。霍尔电流、电压传感器就是利用这种原理工作的。下图为电流传感器示意图。利用霍尔电压、电流传感器可以测量常规电子仪器不宜测量的电压或电流，并且可以实现自动测量与控制。1.霍尔电机2.霍尔汽车无触点电子点火器在容器的上部安装上开关型霍尔集成电路，液体里放置一个安有磁极的浮子，当容器内液体的液位达到检测位置时，霍尔集成电路就会输出一个开关信号，控制其他设备的启停。一些数控设备，尤其是机器人中，需要精确地决定移动部件的位置。下图霍尔IC在位置检测中的应用。当安有磁极的可动部件移动到指定位置时，霍尔IC就会输出控制信号。霍尔式曲轴位置传感器小结霍尔传感器是一种磁敏感元件，它是利用霍尔效应工作的。霍尔效应产生的霍尔电势与通过的控制电流以及垂直与霍尔元件的磁感应强度有关。利用霍尔传感器可以测量最终能够转换成电流、磁感应强度的物理量。由于霍尔元件的材料属于半导体，所以把测量电路集成在一块芯片上，构成霍尔集成电路。常见的霍尔集成电路有开关型和线性型。实际应用中，常利用霍尔集成电路测量位移、磁场强度、转速以及电流、电压。