什么是霍尔传感器，它是如何工作的，有什么应用？

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。

快速扫盲｜霍尔传感器的工作原理

霍尔效应是美国物理学家 Edwin Hall 于 1879 年发现；

由于导体中电流的性质，电流是由电子的定向移动所形成的，并且电子移动的方向和电流方向相反；通常，电子脱离之后的导体便留下了空穴，表现为正电压；

如果导体周围存在足够强的磁场，这时候电荷会受到一种称为洛伦兹力的力，电荷移动的路径便会发现偏移，因此，偏移的电荷会积累到导体的同一面上，而另一面留下空穴，这样导体之间便产生了电势差；

霍尔效应产生的电势差非常小，往往只有几微伏，因此霍尔传感器中往往内置了非常高增益的运算放大器，根据整体需求还会配合其他一些系统电路，整体架构如下所示；

通常霍尔传感器最终输出的信号有模拟信号和数字信号两种；

输出数字信号：一般在运算放大器后级增加一个施密特触发器，则输出信号为数字信号，通常为系统提供相应的迟滞和开关阈量，类似的如开关型霍尔元器件；

输出模拟信号：线性霍尔传感器的输出量是模拟信号，配合 ADC 进行采样，可以用于检测物体的位移；

开关型霍尔根据输入信号和输出关系的不同可以分为：单极性霍尔，双极性霍尔，全极性霍尔；

单极性霍尔的开关特性通常是磁场的磁极和传感器的正反面要一一对应，否则可能会没有输出，具体如下表所示；

2.2 双极性霍尔

相较于单极性霍尔，双极性霍尔传感器可以锁存输出电平的状态，直到下一个输入到来，才会改变输出状态，广泛的应用与直流无刷电机，计数，定位等系统中；

2.3 全极性霍尔

全极性霍尔开关会在磁场 S 极靠近正面时输出低电平，N 极靠近正面，输出高电平；

3 磁编码器

磁编码器内部就集成了 Hall 元件，在正面存在旋转磁场的时候，就可以输出相应的信号，这样就可以实现非接触式得测量转速，位置信号，因此在工作环境严酷的情况下，该应用场景就非常理想；具体检测方式如下图所示；

工业应用：

非接触式旋转位置检测；

机器人技术；

无刷直流电动机换向；

电动工具；

汽车应用：

方向盘位置检测；

油门位置检测；

传动变速箱编码器；

头灯位置控制；

电动座椅位置指示器；

办公设备：

打印机、扫描仪、复印机；

取代光学编码器；

前面板旋转开关；

取代电位器；

这里简单介绍一下，其具体的应用方式会因为 IC 的不同而有所差异，但是这些也都是基于 Hall 传感器的基础上进行展开，所以这里这是概念性的介绍；

4 总结

霍尔传感器的应用非常广泛，根据输出信号不同，可以分为开关型霍尔和线性霍尔；

开关型霍尔根据感应方式不同可以分为单极性霍尔，双极性锁存霍尔和全极性霍尔；本文只是结合作者的实际使用情况进行简单地进行

介绍;

因为作者能力有限，难免存在错误或纰漏，请各位不吝赐教

相关问答

[最佳回答]普通的交流电流变送器一般测量标准工频正弦波的效果是最好的,不过响应时间是250-300mS左右,如果你要求响应时间在10mS的话,只能用传感器来测量,不过...

[最佳回答]霍尔电压Vh正比于通过霍尔元件的电流(垂直方向),如果通交流电,则得到的霍尔电压也是交流电压.

线性霍尔电流传感器能承受额定电流的几倍,这主要取决于传感器的设计和制造质量。通常情况下,传感器会在额定电流的2-3倍范围内保持较好的性能表现。然而,超出...

不是一定要用正负12V电源,这是根据需要类确定。电压值不一定是12v,也可以是其他电压,比如6V,15V,24V等等。也可以是单电源。电流是有方向的,如果有用正负...

霍尔效应实验的工作电流和励磁电流都是用的恒流源,改变励磁电流方向,电流的大小是不变的。2霍尔效应在1879年被E.H.霍尔发现,它定义了磁场和感应电压之间的...

960化工网化工问答问答详情霍尔元件灵敏度他们之间的单位换算网友1最佳答案回答者:网友在磁场不太强时,霍尔电势差UH与激励电流I,与霍尔片的厚度b成反比,即UH...

[最佳回答]设一个长为L,宽为d,高为h的霍尔元件在水平面放置.磁场B在竖直方向穿过霍尔元件.电流I水平延元件长L流过,令元件中自由正电荷的密度是n,正电荷电量...

霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在半导体的两端产生电势差。霍尔电势差的计算公式...

励磁电流计算公式:η=f/nF。励磁电流广义地说,为发电机等“利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁场叫励磁;在提供工作磁场时产生的电流叫励磁电流。科...

工作电流即芯片的功耗,这个是芯片本身决定的。要增加工作电流,就需要增加供电电压,但这种线性霍尔传感器一般都是在5V应用的,没必要增加电压。如果电压有波...