霍尔效应开关和仪器级传感器在工业运用中正变得越来越遍及，现在产品和制作工艺规划师能够选用高度集成的各种霍尔效应器材。尽管在需求哪些规范以及磁场丈量方面总的来说仍有许多困惑，但这些器材已被证明运用起来适当简洁。
在运用数量上只要温度传感器技高一筹，但霍尔效应传感器亦已被用于国内和商业运用中品种广泛的设备，包含DVD、CD、内存驱动器、主动玩具、手机、轿车罗盘以及轿车焚烧体系。你还能够在线性、工业旋转设备、方位检测器以及军事/航空设备中见到它们的身影。
制作和测验工程师运用各品种型的分立霍尔效应传感器与仪器供给产品信息并监督制作工艺过程。尽管在丈量功能上与其它类型的传感与仪器或许有些堆叠，但关于某些类型的丈量来说霍尔效应传感器显着是最佳挑选，乃至有些情况下没有其它类型的测验设备能够供给所需的数据，其间就包含对直流电流值、旋转方位、空地、外表或走漏磁场值的丈量。霍尔效应传感器前史部分供给了有关这些传感器的一些布景常识。
霍尔效应传感器的作业原理
当以必定视点穿过一片资料的磁场影响到在此资料中活动的电流时就会发生霍尔电压。霍尔片一般是一片矩形的半导体资料，作为有源元件或“有源区域”发生霍尔电压（图1）。霍尔片有给定的长度l、宽度w和厚度t。
图1：能够用直流磁场发生和丈量霍尔电压。
丈量霍尔电压
关于与霍尔片正交的磁通量矢量来说，最大霍尔电压VH便是霍尔片磁场灵敏度γB 与磁场通量密度B的乘积，即：
VH = γBB
这是在霍尔片上能够测得的最大霍尔电压。当霍尔片外表与磁通量矢量不是正交而是呈一个视点θ时，霍尔电压VH等于：
VH = γBB × sinθ
电流I流经长度为l的霍尔片。电流是在触点Ic（+）和Ic（-）之间活动的。磁场处于z方向，也便是说正交于霍尔片平面。由磁场施加的力被称为洛伦兹力，它迫使电荷载体（空穴或电子）沿着图示线条曲线向霍尔片边际移动。这个力是载流子速度和磁场强度的一个系数。终究在宽度为w的资料的触点VH（+）和VH（-）之间测到的霍尔电压正比于磁场的通量密度。
仪器装备
霍尔效应传感器的支撑设备包含用于供给电流Ic的电流源和用于测验触点VH（+）和VH（-）之间霍尔电压的电压表。有些计划还选用负载电阻RL用于电压丈量，如图2所示。许多类型的霍尔效应仪器供给这种支撑电路的某个部分作为丈量体系的有机组成部分。来自触点VH（+）和VH（-）的电压引线能够直接衔接到高阻电压表进行读数，或衔接到其它电路进行扩大、调整和处理。（运用沟通源和锁相扩大器的更杂乱体系也能够用，但不在本文评论规模内）
图2：仪器中运用的霍尔发生器的典型装备。
运用
在工业环境中，霍尔效应器材一般服务于以下两种首要运用之一：
● 丈量磁场强度
● 检测移动物体的挨近、方位和旋转参数
下文将评论每种运用，并供给了高效运用霍尔效应器材的一些技巧。
用于磁场丈量的仪器级传感器
当一种工业运用要求准确或经认证的磁场丈量时，常常会选用仪器级霍尔效应器材。比较常见的一些仪器级运用包含电磁场操控、半导体离子注入束操控、磁体或磁性零件的受入查看、在线磁化承认、磁场制图、电流检测以及接连磁场露出监督等。作为这许多丈量的代替办法，能够运用商用的高斯计。但是在实践运用中，物理或本钱束缚常常要求运用分立的霍尔传感器和商用的电子设备。
仪器级霍尔器材用户一般期望得到一个空间或空地中或来自外表的磁场准确值。依据丈量的空间特征，需求运用适宜的装置办法来安顿和坚持检测元件。
典型的霍尔效应传感器一般有横向或轴向两种装备（图3）。横向传感器一般是很薄的矩形，规划用于磁路空地丈量、外表丈量和敞开磁场丈量。轴向传感器一般是圆柱体，用于环形磁铁中心孔丈量、螺线管磁场丈量、外表磁场检测和一般磁场检测。
图3：横向和轴向霍尔传感器的根本几许形状。
有用化考虑
高质量的传感器能够供给高精度、杰出的线性度和低温度系数。一般能够买到用于特定丈量和仪器的适宜探头，并且制作商会供给经认证的校准数据。
仪器级霍尔效应传感器的一些较为重要的有用化考虑要素有：
精度。规划师有必要确认特定丈量所需的精度。在没有信号调理的条件下能够到达1.0%至2.0%的读取精度。在许多运用中运用微处理器校正后能够到达0.4%的精度。
视点。如前所述，霍尔传感器输出是霍尔板与磁场矢量之间夹角θ的正弦函数。当磁场矢量笔直于器材平面（sin90°=1.0）时输出达最大值，当磁场矢量与传感器平面相等时输出为最小值（挨近0）。制作商会在最大输出时校准霍尔传感器，因而需求考虑测验夹具或探头的视点差错。
温度。许多种传感器计划都能够支撑宽的温度和磁场规模。仪器级传感器支撑从1.5K （-271°C）至448K （+175°C）的温度规模和从0.1高斯至30万高斯的磁场规模。霍尔传感器有两种温度系数：一种是用于磁场灵敏度（校准）的温度系数，另一种与差错（零）改动有关。温度对校准的影响是读数差错的一个百分数，零效应则是取决于温度的一个固定磁场值差错。差错改动在低磁场读数（小于100高斯）时更为重要。技术人员应该细心研讨制作商给出的两种温度系数方针，然后判别某个特定运用是否能在方针温度规模内坚持想要的精度。
输入电流约束。主张规划师了解所要求的输入电流值，并留意不要逾越规则的最大值。记住，正常情况下霍尔效应器材是在某个电流值进行校准的。任何违背校准电流的改动都会改动传感器的输出。但是，这也是一个能够运用的特性。只要不逾越最大电流值，电流翻倍输出也会跟着翻倍。
如前所述，根本的仪器级霍尔传感器是一片具有4个电气触点的低阻资料。输入和输出电路彼此间是不阻隔的，因而你有必要避免运用输入和输出电路中的公共衔接。为了满意这个要求，你能够运用阻隔式电流源或输出的差分输入扩大。
传感器装置代替计划
在一些丈量运用中，运用规范探头是不切实践的或不合意的。相反，霍尔效应传感器被直接装置在机械组件上。定制化的传感器装置办法规划超出了本文的评论规模。以下是在定制办法下有用的一些通用攻略：
易碎性。霍尔传感器特别软弱，很简单因曲折应力而受损。因而要避免霍尔片触摸施加直接压力的外表或器材。在一些运用中，运用非导电的陶瓷或其它绝缘资料作为接口片。
绑定。有必要细心挑选绑定粘合剂，以便不给传感器添加应力。当温度改动不超出室温±10℃时，一般环氧（如5分钟风干类型）就很好了。一般不主张罐封，除非是在腐蚀性很高的环境条件下。还能够用其它一些绑定办法来减轻传感器引线的应力，比方将它们绑定在装置基板上。
加工的腔体。这些腔体能够用于轴向或横向霍尔传感器，传感器顶部凹陷在外表下，有助于避免压力触摸或磨损。
试管装置。试管装置办法（图4）能够用于维护轴向霍尔传感器。
引荐办法是为任何定制装置运用挑选最具鲁棒性的传感器。选用陶瓷或笨酚封装的单元一般来说最经用。
图4：轴向传感器能够装置在试管内，其间的传感器能够露出或凹陷在腔体内得到维护。横向传感器一般装置在凹陷处。
集成的挨近与旋转传感器
霍尔效应传感器已被广泛用于各种线性挨近检测设备，对挨近设备的磁场改动进行呼应。例如，检测到的磁极或许挨近与霍尔片笔直的传感器，或许磁体通过传感器的平面。这种运动将导致发生的电压发生改动。附加的集成电路将霍尔电压转换成明显更大的数字兼容信号。
视点检测、旋转和速度检测运用相同的霍尔效应原理测验方位的重复性物理性改动。关于旋转、速度或视点传感器来说，磁极衔接在旋转物体上，比方电机轴，霍尔片是停止的。众所周知的角坐标运用包含检测无刷直流电机的换向和发动机曲柄轴的旋转视点。
用于挨近、旋转和电流检测的各品种型设备都是某种方式的霍尔效应“开关”，由霍尔效应输出触发，然后馈送进其它集成电子电路。这种开关依据检测到的磁场值或最近的磁场值和极性供给二元的凹凸输出。当与载流线圈结合在一起时，霍尔效应开关还能够为过流电路断路器供给电流值检测。
开关作业形式
共有三种首要的作业类型：
双极霍尔开关：要求南极和北极一起高于规则的幅值才干改动状况，也被称为闭锁型开关。
单极正向霍尔开关：要求一个极。依据正向通量密度大于某个幅值或小于最小值（一般没有磁场）改动状况（低或高）。
单极负向霍尔开关：要求一个极。依据负向能量密度幅值大于某个值或小于最小值（即没有磁场）改动状况（高或低）。
霍尔片所在的磁场决议了输出状况。来自霍尔效应检测器的信号被检测、扩大，然后用于操控输出端的固态开关元件。到外部逻辑和操控元件（如CMOS或TTL电路）的衔接是规范衔接，带有外部上拉电阻。因为大批量出产的原因，集成式霍尔效应器材（图5）一般本钱很低。
图5：集成式霍尔效应器材的简化原理图。
最常用的封装类型是表贴或兼容印刷线路板的引线类型（图6）。与传感器封装有关的正负磁场方向在制作商供给的规格书中有界说。
图6：霍尔效应传感器的封装类型。
为了使得这些器材在运用中愈加有用，请记住：
● 当需求准确的磁场读数时要挑选仪器级器材。挨近检测（视点或线性）最好选用集成式“开关”。
● 了解重要的参数，如磁场幅值，沟通或直流磁场，沟通频率，温度规模，以及外部噪声（磁性或电气噪声）
● 尽或许挑选更具鲁棒性的封装
● 假如预备运用永久磁铁，请向磁铁制作商寻求协助。
霍尔效应传感器前史
自从1879年Edwin H.Hall博士用一片金箔做试验时呈现这种行为后，霍尔效应的常识就被广泛流传开来。尽管现代传感器的开发花去了全球科学家和工程师很多的时刻和精力，但霍金的开发起到了抛砖引玉的效果。选取适宜的资料是导致推迟的部分原因。在20世纪50年代中期之前，铋是用于传感器开发的最好有用资料。尽管依然不抱负，但铋能够供给满足的霍尔电压和稳定性，完全能够在比如电磁场操控器等设备中用作传感器。
在20世纪40年代期间资料科学总算迎来了突破性发展，其时III-V族半导体是苏联的首要研讨课题。德国西门子公司的科学家则首要认识到，新发现的这些化合物特功能够做出优异的霍尔效应器材（霍尔发电机）。
这类半导体具有霍尔效应运用所需的高载流子迁移率和高电阻率，并且在可变温度条件下具有杰出的稳定性。到20世纪50年代晚期，美国俄亥俄州的研讨人员发掘出砷化铟和锑化铟的共同功能，并因而诞生了多家出产根据霍尔效应的产品的公司。作为仪器级传感器，砷化铟器材在稳定性、低噪声和最小温度体系等方面的功能至今还未被其它资料逾越。
许多年来，集成电路制作商一直在致力于向商场供给硅霍尔效应器材。它们的大批量出产设备和向传感器添加其它电路的才能为低本钱高度通用的器材带来了期望。到20世纪70年代晚期，硅霍尔效应开关得到了长足发展。施密特触发器和输出晶体管的参加给业界带来了极有影响力的器材，这种器材能够供给与磁场存在或消失有关的大输出改动。但取得准确和可重复的成果还存在一些问题。丈量的成果一般会遭到高温度系数和可变开关校准的影响。直到20世纪80年代，现代校准和补偿电路才使得当今的集成式传感器到达了适当高的功能水平。
责任编辑：Ct
