霍尔传感器在压力监测中的应用——YSH-3型压力传感器

1.霍尔效应

将一块厚度为d、宽度为b、长度为l的半导体薄片（霍尔片）放置在磁场B中，磁场B沿z轴正方向，见图3-14。当电流沿y轴正方向通过半导体时，若薄片中的载流子（设为自由电子）以平均速度v沿y轴负方向作定向运动，所受的洛伦兹力为f_B=evB，在f_B的作用下自由电子受力偏转，结果在霍尔片左端面积聚，同时在霍尔片右端面上出现同数量的正电荷。这样就形成一个沿X轴负方向上的横向电场，使自由电子在受沿X轴负方向上的洛伦兹力f_B的同时，也受一个沿X轴正方向的电场力f_E。

图3-14 霍尔效应原理图

设E为电场强度，U_H为霍尔片左、右端面之间的电位差（即霍尔电压），则f_E将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有f_B=f_E，即

或vBb=U_H

设载流子浓度为n，单位时间内体积为vdb里的载流子全部通过横截面，则电流I与载流子平均速度v的关系为I=vdbne，则，即为霍尔系数R_H考虑霍尔片厚度d的影响，引进一个重要参数，则U_H=K_HIB，K_H称为霍尔元件的灵敏度。

所以，霍尔电动势U_H与磁感应强度B、控制电流I成正比。根据霍尔电动势U_H与磁感应强度B、控制电流I成正比的特性，霍尔传感器得到广泛的应用。

2.霍尔式压力传感器(www.xing528.com)

（1）测量原理 在使用的霍尔式压力传感器中，均采用恒定电流I，而使B的大小随被测压力p变化达到转换目的。

为了达到不同的霍尔片位移，施加在霍尔片的磁感应强度B不同，有保证霍尔片位移-磁感应强度B线性变换，就需要一个非均匀线性磁场。非均匀线性磁场是由极靴的特殊几何形状形成的，如图3-15所示。

图3-15 产生梯度磁场的示意图

图3-16 YSH-3型压力传感器结构示意图

1—弹簧管 2—磁钢 3—霍尔片

（2）霍尔式压力传感器的结构 常见的霍尔式压力传感器有YSH-1型和YSH-3型两种。图3-16所示为YSH-3型压力传感器结构示意图。被测压力由弹簧管1的固定端引入，弹簧管自由端与霍尔片3相连接，在霍尔片的上下垂直安放两对磁极，使霍尔片处于两对磁极形成的非均匀线性磁场中，霍尔片的四个端面引出四根导线，其中与磁钢2相平行的两根导线与直流稳压电源相连接，另两根用来输出信号。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，从而带动霍尔片移动，改变了施加在霍尔片上的磁感应强度，依据霍尔效应进而转换成霍尔电动势的变化，达到了压力-位移-霍尔电动势的转换。