1导言
由霍尔效应的原理知,霍尔电势的巨细取决于:
式中,Rh为霍尔常数,它与半导体原料有关;IC为霍尔元件的偏置电流;B为磁场强度;d为半导体资料的厚度。
关于一个给定的霍尔器材,Vh将彻底取决于被测的磁场强度B。
一个霍尔元件一般有四个引出端子,其间两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端,另两根是霍尔电压的输出端。假如两输出端构成外回路,就会发生霍尔电流。一般地说,偏置电流的设定一般由外部的基准电压源给出;若精度要求高,则基准电压源均用恒流源替代。为了到达高的灵敏度,有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金;这类传感器的霍尔电势较大,但在0.05T左右呈现饱满,仅适用在低量限、小量程下运用。
近年来,因为半导体技能的飞速发展,呈现了各种类型的新式集成霍尔元件。这类元件能够分为两大类,一类是线性元件,另一类是开关类元件。
2线性霍尔元件的原理及运用
UGN350lT是一种现在较常用的三端型线性霍尔元件。它由稳压器、霍尔发生器和扩大器组成。用UGN350lT能够非常便利地组成一台高斯计。其运用非常简略,先使B=0,记下表的示值VOH,再将探头端面贴在被测目标上,记下新的示值VOH1。
ΔVOH=VOH1-VOH
假如ΔVOH>0,阐明探头端面测得的是N极;反之为S极。UGN3501T的灵敏度为7V/T,由此即可测出相应的被测磁感应强度B。
假如选用数字电压表(DVM),可得图1所示的线性高斯计。运放选用高精度运放CA3130。该电路的详细调零方法为:敞开电源后,令B=0,调理W1使DVM的示值为零,然后用一块规范的钕铝硼磁钢(B=0.1T)贴在探头端面上,调理W2使DVM的示值为1V即可。本高斯计检测时示值假如为-200mV,则探头端面检测的是S极,磁场强度为0.02T。本高斯计也可用来丈量交变的磁场,不过DVM应改为沟通电压表。明显运用图1的电路能够很便利地扩展一般数字万用表的功用。
用UGN3501T还能够非常便利地组成如图2所示的钳形电流表。将霍尔元件置于钳形冷轧硅钢片的空地中,当有电流流过导线时,就会在钳形圆环中发生磁场,其巨细正比于流过导线电流的安匝数;这个磁场作用于霍尔元件,感应出相应的霍尔电势,其灵敏度为7V/T,经过运放μA741调零,线性扩大后送入DVM,组成数字式钳形电流表。该表的调试也非常简略:导线中的电流为零时,调理W1、W2使DVM的示值为零。然后输入50A的电流,调W3使DVM读数为5V;反向输入-50A电流,数字表明值为-5V。重复调理W1、W2、W3,读数即可符合要求。本钳形电流表经试验,其灵敏度不小于0.1V/A,相同,本电流表也可用于沟通电流的丈量,将DVM换成沟通电压表即可,非常便利。
3开关型霍尔传感器的原理及运用
开关型霍尔传感器可分为单稳态和双稳态,内部均有5个部分,即由稳压源、霍尔电势发生器、差分扩大器、施密特触发器以及输出级组成。双稳态传感器具有两组对称的施密特整形电路。图3是单稳态开关集成霍尔元件UGN3020的功用图及输出特性。关于开关型传感器的正值规定是:用磁铁的S极挨近传感器的端面所构成的B值为正值。由图3看出,当B=0时,V0为高电平;当外磁场增至BOP时,输出V0由高电平转为低电平。外磁场由BOP降至BrP时,输出V0由低电平反向,BrP被称为释放点。关于UGN3020,BOP=0.022T,BRP=0.0165T,VOL=80~150mV,VOH=4V,作业电压为4.5V~24V。
UGN3020可组成转速计探头。该探头由霍尔元件UGN3020和磁钢组成丈量电路。将具有10个齿的圆盘固定于被测目标的旋转主轴上。当圆盘齿经过丈量磁路的空地时,霍尔元件输出高电平,其他时刻输出为低电平;这样圆盘每转一周,电路输出10个脉冲,脉冲经过分频后,用频率计即可测出被测目标的实践转速。
用集成霍尔传感器还能够组成过流检测维护电路,该电路如图4所示。UGN3020固定于环形互感磁钢的空地中,调整传感面的方位,即可调理其动作的开始磁场,图中的继电器如用内含双向晶闸管的固态继电器替代,能够组成无触点的过流维护电路。
开关型霍尔元件最具特色的运用是在无刷电机上。一般的直流电机选用电刷型整流子供电,这种供电组织作业时噪声大,电机的寿数因为换相器的严峻磨损大大减小。使用霍尔元件替代整流子不只能够彻底治愈有刷电机的上述坏处,并且能够对电机直接调速。如日本成功公司的HR7200型录像机中,选用两个霍尔元件和旋转磁钢构成电机本体,使用霍尔元件IC1、IC2去开关驱动晶闸管,然后操控流过电机绕组的电流方历来完结换向;调速则经过伺服系统操控定子中的电流来完结。因为选用电子换向,该电机工作非常平稳,简直无搅扰。