霍尔传感器的原理是什么？有哪些应用？有什么优缺点？

成都的冬天是不是来了，昨天竟开始变得有点小冷了。

估计米亚罗的红叶又开始“泛滥”了。

但是我哪里也不去，呆在家里写日记。

本来我是想接着上一篇，再写一下直流电机，还有伺服电机的。

但是，我在看直流电机文档时，发现需要先理解霍尔传感器。

所以今天还是先说下霍尔传感器的原理。

这篇日记不长，读起来也很轻松。

花5分钟时间，我们来了解一下霍尔传感器。

开始吧。

1.霍尔传感器的原理

说起霍尔传感器，其实它的基本原理，还得从我们中学时学过的洛伦兹力说起。

霍尔传感器的原理，公众号：罗罗日记

霍尔传感器的原理

左图：电子受到的洛伦兹力向右。右图，霍尔感应：薄板左右两侧因电势差，形成电压，称为霍尔感应电压。

我们知道，电子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力(Lorentz force)的作用。

如上，我们先看左边这幅图，当电子向上运动时，其产生的电流向下。

好了，我们使用左手定则 ，让磁场B的磁感线（射入屏幕）穿入手心，也就是手心向外，并用四指指向电流方向，也就是四指向下，那么，大拇指的方向就是电子的受力方向。

在这幅图中，电子受力向右。

所以在外磁场的作用下，薄板中的电荷会向一侧倾斜。

在上面的例子中，电子向右侧倾斜，那么就会在左右两边形成电势差。

如右图，如果用电压表接在左右两侧，那么会检测到电压。

这就是霍尔感应的基本原理。

检测到的电压叫霍尔感应电压。

如果取走外磁场，那么霍尔电压消失。

如果用形象的图来表示，霍尔感应就像下面这张图。

i表示电流方向，Bi表示电流方向，B表示外磁场方向，V表示霍尔电压，盒子中的小圆点可以看作是电子。

当然，实际的霍尔传感器，其实很小。

下面是一个霍尔传感器的内部结构。

霍尔传感器工作示意图

外部旋转磁场经过传感器，产生周期变化的信号，再通过传感器内部电路处理，输出数字信号，或者模拟信号。

其核心就是感应外部磁场（输入），产生电压（输出）。

这就是霍尔传感器的工作原理。

是不是很简单。

2.霍尔传感器的分类

按照输出量是数字量还是模拟量，霍尔传感器分为数字式和模拟式两种。

根据激活和关闭工作特性，霍尔传感器又分为单极式和双极式两种。

数字式霍尔传感器电路图

数字式霍尔传感器输出量

模拟式霍尔传感器电路图

模拟式霍尔传感器输出量

双极式霍尔传感器：分别用磁铁的两极来触发和释放霍尔传感器

单极式霍尔传感器：仅用磁铁的S极来触发和释放霍尔传感器

3.霍尔传感器的应用

上面，我们对霍尔传感器的原理和基本类型有了大体的认识。

那么，接下来，我们看看霍尔传感器有哪些应用。

当然，首先就是用在直流无刷电机上。

示意图如下，具体工作原理我们下一篇再讲，这里不过多解释。

霍尔传感器在无刷直流电机中的应用：霍尔传感器感应转子的位置，然后告诉控制器怎么改变线圈通电次序。

用作近传感器

探测纸的存在

作为互锁感应

作为速度传感器

当然，实际上，霍尔传感器还有更多的应用，以上只是部分例子（大部分例子来自Honeywell）。

到这里，我们说了霍尔传感器的一些应用。

那么霍尔传感器有什么优缺点呢？

4.霍尔传感器的优缺点

因为是利用磁感原理，所以霍尔传感器有如下的优点：

（1）可用于探测多种物理量，例如位置感应，速度以及运动方向的感应。

（2）因为是固态设备，而且没有活动部件，所以不会出现摩擦及磨损，理论上有无限寿命。

（3）稳固，高重复性，几乎免维护。

（4）不受振动，灰尘和水的影响。

（5）可应用于高速测量，例如大于100KHz，而电容和电感式传感器在如此高速应用时，输出信号就会变得扭曲。

（6）低成本。

（7）体积小，可用于表面贴装。

当然，也正因为如此，它也有一些缺点：

（1）线性霍尔传感器，测量距离受限。

（2）因为利用磁性，所以外部磁场可能会影响测量值。

（3）因为高温会影响导体电阻，反过来，会影响载流子的迁移率和霍尔传感器的灵敏度。

好了，让我们回顾一下，今天说了哪些东西。

霍尔传感器的原理，霍尔传感器的分类，霍尔传感器的应用，霍尔传感器的优缺点。

差不多了，今天就到这里吧。

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如果你有什么想补充的，想对罗罗说的，都可以在留言区留言，我看到后会一一回复。

对了，不要太想我，我们下一篇直流电机的工作原理再见。

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霍尔效应传感器

霍尔效应传感器是用来测量磁场大小的线性传感器。这些传感器利用霍尔效应原理，在检测到磁场时产生霍尔电压，用于测量磁感应强度。

线性传感器可以测量大范围的磁场。除了磁场，这些传感器还用于检测位置，速度。对于这些传感器来说，输出电压与磁场大小成正比。

霍尔效应传感器的工作原理

利用霍尔电压原理作为霍尔效应传感器的工作原理。在导体的薄带上，通电时电子沿直线流动。当这个带电导体与与电子运动方向垂直的磁场接触时，电子就会发生偏转。

一些电子被收集到一边，而另一些则被收集到另一边。因此，导体的一个平面表现为负电荷，而另一个表现为正电荷。这就产生了电位差和电压。这个电压叫做霍尔电压。

电子继续从平面的一边移动到另一边，直到电场作用在带电粒子上的力和引起磁场变化的力之间达到平衡。当这种分离停止时，该瞬间的霍尔电压值就给出了磁通量密度的测量值。

根据霍尔电压与磁通密度的关系，霍尔效应传感器有两种类型。在线性传感器中，输出电压与磁通密度成线性关系。在门限传感器中，在每个磁通密度下，输出电压都会急剧下降。

霍尔效应传感器可以看作是线性传感器。为了处理传感器的输出，这些需要一个线性电路，可以为传感器提供恒定的驱动电流，也可以放大输出信号。

霍尔效应传感器的用途是什么?

霍尔效应传感器便宜、坚固、可靠、小巧、易于使用，所以你会在许多不同的机器和日常设备中发现它们，从汽车点火装置到电脑键盘、工厂机器人到健身自行车

这是一个很常见的例子，你可能正在用在你的电脑上。在一个无刷直流电机(用于诸如硬盘和软盘驱动器之类的东西)，你需要能够在任何时候准确地感觉到电机的位置。安装在转子(电机的旋转部分)附近的霍尔效应传感器将能够通过测量磁场的变化来非常精确地探测其方向。这样的传感器还可以用来测量速度(例如，计算车轮或汽车发动机凸轮或曲轴的旋转速度)。你经常会在电子速度计和风速计(风速计)中发现它们，它们可以以类似的方式用于簧管开关。

图片:这个旧软盘驱动器上的小型直流无刷电机有三个霍尔效应传感器(红色圆圈表示)，它们位于电机的边缘，检测电机转子(一个旋转的永磁体)的运动(在这张照片上没有显示)。传感器不是很多看，正如你可以看到从特写照片在右边!

埃德温·霍尔的革命性发现花了几十年才流行起来，但现在它被用于各种领域——甚至是电磁空间火箭发动机。毫不夸张地说，霍尔的开创性工作产生了相当大的影响!

插图:典型的霍尔传感器是如何包装的。磁场可以非常小，所以我们需要我们的探测器尽可能地敏感，这是一种实现这一点的方法。霍尔芯片本身(绿色，17)安装在一个铁载体板(灰色，16)，夹在两个成型的塑料部分(灰色，11,12)。芯片由引线(19)连接到终端引脚(蓝色)，通过它可以连接到一个电路。但真正重要的部分是两个软铁“通量集中器”(橙色，15,21)，这使得该设备非常敏感。当你在传感器附近放置一块磁铁(22)时，这些集中器允许磁通量(磁场产生的磁场的“密度”)沿着霍尔芯片的一个连续环路流动，产生正电压或负电压。如果磁铁滑到传感器的另一侧，就会产生相反的电压。

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