霍尔效应式传感器：原理与应用

霍尔效应式传感器利用半导体元件的霍尔效应，将被测物理量转换为相应的电压或电压脉冲。

1.霍尔效应

置于磁场中的半导体（称霍尔元件）有电流流过时，在垂直于电流和磁场的元件两端就会产生电动势，这种物理现象称之为霍尔效应。

图2-38 霍尔效应

霍尔效应的原理如图2-38所示。在外电场力的作用下，半导体中的载流子作定向运动（即形成电流），在磁场中运动的电荷又会受磁场力的作用，这个力称之为洛仑兹力。洛仑兹力的方向垂直于电荷运动的方向，使运动的电子发生偏转，在霍尔元件的一侧形成负电荷的累积，另一侧则累积了正电荷（空穴）。于是，在霍尔元件的两侧就形成了电位差，这个电位差称之为霍尔电压。霍尔电压U_H的大小与电流I、磁感应强度B成正比，与霍尔元件的厚度d成反比，即

式中 R_H——霍尔系数，与霍尔元件所采用的材料有关。

2.霍尔效应式传感器

从式（2-23）可知，改变I或B，均可使U_H产生相应的变化。霍尔效应传感器通常采用固定电流I、磁感应强度B随被测物理量变化的形式，霍尔元件产生的霍尔电压U_H反映了被测物理量。改变B的方式有变磁路磁阻式、动铁式或动元件式等，几种典型的霍尔效应式传感器原理如图2-39所示。

图2-39 霍尔效应式传感器(www.xing528.com)

a）角位移 b）线位移 c）加速度 d）计数 e）转速 f）压力

霍尔效应式传感器根据其电压输出的形式不同，也可分为模拟式和脉冲式两种。

（1）模拟式霍尔效应传感器

模拟式霍尔效应传感器其霍尔元件的输出与模拟放大器连接，输出与被测物理量变化相对应的电压信号。模拟式霍尔效应传感器用各种方式将被测量转换为通过霍尔元件的磁感应强度变化，并产生相应的电压信号。模拟式霍尔效应传感器可用于非接触测距、磁场测量、磁力探伤、振动测量等。

（2）脉冲式霍尔效应传感器

脉冲式霍尔效应传感器是将霍尔元件产生的霍尔电压经开关电路处理后，输出只有高电平和低电平变化的数字信号。脉冲式霍尔效应传感器利用不同的转换方式，将被测量转换为通过霍尔元件磁通量的变化，产生脉动的电压信号。脉冲式霍尔效应传感器通常用于测量位移、转速、计数等。

3.霍尔效应式传感器的特点与应用

（1）霍尔效应式传感器的特点

与磁电式传感器相比，脉冲式霍尔效应传感器的信号电压稳定，即信号电压不受转速和位移速度的影响。与光电式传感器相比，霍尔效应式传感器则具有抗污能力强的特点。此外，霍尔效应式传感器结构较为简单，测量精度也较高。

（2）霍尔效应式传感器的应用

由于霍尔效应式传感器没有磁电式传感器和光电式传感器的缺点，其应用越来越广泛。在汽车上，脉冲式霍尔效应传感器有较多的应用，例如：霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器、霍尔效应式车轮转速传感器、霍尔效应式车速传感器等。