霍爾傳感器測量原理：一文讀懂「霍爾傳感器工作原理」
原標(biāo)題：一文讀懂「霍爾傳感器工作原理」
霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件，霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環(huán)式，閉環(huán)式霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理。今天小編就來為大家介紹一下霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應(yīng)用。
工作原理
開環(huán)電流傳感器
當(dāng)原邊電流IP流過一根長導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場，這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進行測量并放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為4V。
閉環(huán)電流傳感器
磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈電流所產(chǎn)生的磁場進行補償，其補償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。
具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個補償電流Is。
這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時可以通過Is來測試Ip。當(dāng)Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復(fù)上述過程重新達到平衡。
被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態(tài)平衡的過程。因此，從宏觀上看，次級的補償電流安匝數(shù)在任何時間都與初級被測電流的安匝數(shù)相等。
測量方法
1
原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏。
2
原邊導(dǎo)線盡可能完全放滿傳感器內(nèi)孔，不要留有空隙。
3
需要測量的電流應(yīng)接近于傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個額定值很高的傳感器，而欲測量的電流值又低于額定值很多，為了提高測量精度，可以把原邊導(dǎo)線多繞幾圈，使之接近額定值。
例如當(dāng)用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時，為提高精度可將原邊導(dǎo)線在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈(一般情況，NP=1;在內(nèi)孔中繞一圈，NP=2;……;繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度)。
4
當(dāng)欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。
實際應(yīng)用
近年來，自動化系統(tǒng)中大量使用大功率晶體管、整流器和可控硅，普遍采用交流變頻調(diào)速及脈寬調(diào)制電路，使得電路中不再只是傳統(tǒng)的50周的正弦波，出現(xiàn)了各種不同的波形。對于這類電路，采用傳統(tǒng)的測量方法不能反應(yīng)其真實波形，而且電流、電壓檢出元件也不適應(yīng)中高頻、高di/dt電流波形的傳感和檢測。
霍爾效應(yīng)傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實地反映輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。針對霍爾效應(yīng)傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點，采用補償電路進行控制，有效地減少了溫度對測量精度的影響，確保測量準(zhǔn)確;具有精度高、安裝方便、售價低的特點。
霍爾效應(yīng)傳感器廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機、電力機車、變電站、數(shù)控機床、電解電鍍、微機監(jiān)測、電網(wǎng)監(jiān)測等需要隔離檢測電流電壓的設(shè)施中。
通過霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應(yīng)用的講解，相信大家對霍爾電流傳感器應(yīng)該有所了解了?；魻栯娏鱾鞲衅饔绕涫情]環(huán)式霍爾電流傳感器因其寬頻帶、交直流兩用、不易磁飽和等特點，在工業(yè)測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。返回搜狐，查看更多
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霍爾傳感器測量原理：霍爾傳感器原理
霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但是由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開始用半導(dǎo)體材料制作霍爾元件，由于他的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。霍爾傳感器是一種當(dāng)交變磁場經(jīng)過時產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵磁場的場強決定的。因此，霍爾傳感器不需要外界電源供電。 應(yīng)用范圍：1.電子式水表、氣表、電表和遠程抄表系統(tǒng)2.控制設(shè)備中傳送速度的測量3.無刷直流電機的旋轉(zhuǎn)和速度控制4.在工程中測量轉(zhuǎn)動速度和其他機械上的自動化應(yīng)用5.轉(zhuǎn)速儀、速度表以及其他轉(zhuǎn)子式計量裝置
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當(dāng)有電流 I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢 eh ，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動勢稱為霍爾電勢，上述半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。
中文名
霍爾傳感器原理
提出者
霍爾
半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為 B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片。當(dāng)有電流 I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢 eh ，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動勢稱為霍爾電勢，上述半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。原理簡述如下：激勵電流 I 從 a 、 b 端流入，磁場 B 由正上方作用于薄片，這時電子 e 的運動方向與電流方向相反，將受到洛侖茲力 FL 的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，該側(cè)形成電子的堆積，從而在薄片的 c 、 d 方向產(chǎn)生電場 E 。電子積累得越多， FE 也越大，在半導(dǎo)體薄片 c 、 d 方向的端面之間建立的電動勢 EH 就是霍爾電勢。由實驗可知，流入激勵電流端的電流 I 越大、作用在薄片上的磁場強度 B 越強，霍爾電勢也就越高。磁場方向相反，霍爾電勢的方向也隨之改變，因此霍爾傳感器能用于測量靜態(tài)磁場或交變磁場。（以上內(nèi)容是轉(zhuǎn)貼的）
霍爾傳感器測量原理：霍爾傳感器的測量機構(gòu)和工作原理是什么？
霍爾傳感器的測量機構(gòu)和工作原理是什么？
如今工業(yè)生產(chǎn)過程中自動化程度越來越高，各種非電量測量技術(shù)、自動控制技術(shù)受重視程度越來越高。因此，工業(yè)自動化生產(chǎn)現(xiàn)場的“眼睛”傳感器更加受到關(guān)注。
例如題目說到的霍爾傳感器，不僅是用于電量的檢測，還可以用于非電量的檢測。例如電量的檢測參數(shù)有電壓、電流、功率、磁感應(yīng)強度等檢測，非電量測量參數(shù)有角位移、壓力等檢測。它是一種基于霍爾效應(yīng)的磁敏傳感器。
什么是霍爾效應(yīng)？霍爾傳感器的工作原理是什么？
霍爾效應(yīng)；在磁場中垂直放置一塊通電的金屬薄片或半導(dǎo)體薄片，此時薄片的兩側(cè)之間有電動勢產(chǎn)生，稱該現(xiàn)象為霍爾效應(yīng)。
上圖是一塊霍爾元件，
其制成是基于霍爾效應(yīng)的。雖然上述說到霍爾效應(yīng)在金屬薄片或半導(dǎo)體都能產(chǎn)生電動勢，但是在半導(dǎo)體尤其是高純度半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)特別顯著。因此，霍爾元件多數(shù)采用的是高純度半導(dǎo)體材料制成的。
圖中是一塊N型半導(dǎo)體霍爾元件，在其相對的兩側(cè)面通控制電流，同時在其垂直方向施加磁場，那么霍爾元件在洛倫茲力的作用下，其兩端則產(chǎn)生一個與控制電流和磁場成正比例關(guān)系的電勢差。
電動勢的表達式V＝kBI，V表示電動勢、K代表霍爾元件的靈敏度，其不僅跟金屬或半導(dǎo)體材料有關(guān)，還與自身的尺寸有關(guān)、B代表施加的磁場強度。
根據(jù)表達式分析可知，當(dāng)通電電流恒定，輸出的電動勢正比于磁場強度，由此可知此時霍爾元件所處磁場是非均勻磁場。當(dāng)施加的磁場強度恒定，輸出的電動勢正比于電流強度。所以說，霍爾傳感器可用于非電量參數(shù)測量和電量參數(shù)測量，上述則是其緣由。但用于電量參數(shù)功率的檢測時，霍爾元件的電流強度和磁感應(yīng)強度都是變化的，因此輸出電動勢正比于電流強度和磁感應(yīng)強度乘積。
霍爾元件雖然用的高純度半導(dǎo)體薄片比金屬薄片產(chǎn)生的電動勢明顯，但不是優(yōu)良的霍爾傳感器。因此，要采用集成電路技術(shù)霍爾元件、溫補器、放大器、穩(wěn)壓電路集成于一個芯片上才能成為性能優(yōu)越的霍爾傳感器。
