自动检测-第八章.ppt

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1、自动检测技术自动检测技术第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器 本章介绍霍尔传感器本章介绍霍尔传感器 的工作原理、的工作原理、霍尔集成电路霍尔集成电路的的特性特性及其在检测技术中及其在检测技术中的的应用应用，还涉及还涉及交直流霍尔电流传感器、交直流霍尔电流传感器、霍尔电压传感器霍尔电压传感器的原理及的原理及输出信号的换输出信号的换算。算。8.1 8.1 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件的工作原理及特性8.2 8.2 霍尔集成电路霍尔集成电路8.3 8.3 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器 目录目录一、霍尔一、霍尔元件元件的的工作工作原理及原理及特性特性霍尔效应霍尔

2、效应:半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，导电导电薄膜越薄，灵敏度就越高薄膜越薄，灵敏度就越高。1 1、工作原理、工作原理影响霍尔电动势的因数影响霍尔电动势的因数 流入激励电流端（流入激励电流端（a、b）的电流）的电流Iab越大，电子和越大，电子和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。作用在薄片上的磁感应强度作用在薄片上的磁感应强度B越强，电子受到的洛越强

3、，电子受到的洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的厚度为霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的厚度为，霍尔元件中的电子浓度为，霍尔元件中的电子浓度为n，电子的电荷量为，电子的电荷量为e，则，则霍尔电动势霍尔电动势EH可用下式表示可用下式表示：霍尔电动势与灵敏度霍尔电动势与灵敏度 式式中中的的n、e、在在薄薄片片的的尺尺寸寸、材材料料确确定定后后均均为为常常 数数，可可 令令 KH=1/(ne)，则则 上上 式式 可可 简简 化化 为为：EH

4、=KH IB式中：式中：KH霍尔元件的灵敏度。霍尔元件的灵敏度。由由于于金金属属材材料料中中的的电电子子浓浓度度n很很大大，所所以以灵灵敏敏度度KH非非常常小小。而而半半导导体体材材料料中中的的电电子子浓浓度度较较小小，所所以以灵灵敏敏度度比比较较高高。因因此此作作用用在在半半导导体体薄薄片片上上的的磁磁场场强强度度B越强，霍尔电势也就越高。越强，霍尔电势也就越高。霍尔元件的工作原理分析霍尔元件的工作原理分析 磁感应强度磁感应强度B为零时的情况为零时的情况cdab磁感应强度磁感应强度B B 较大时的情况较大时的情况abcd霍尔效应演示霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作当磁场

5、垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，用，向内侧（向内侧（d 侧）偏移，在半导体薄片侧）偏移，在半导体薄片c、d方向方向的端面之间建立起霍尔电势。的端面之间建立起霍尔电势。cdabdabc磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 若若磁磁感感应应强强度度B B不不垂垂直直于于霍霍尔尔元元件件，而而是是与与其其法法线线成成某某一一角角度度 时时，实实际际上上作作用用于于霍霍尔尔元元件件上上的的有有效效磁磁感感应应强强度度是是其其法法线线方方向向（与与薄薄片片垂垂直直的的方方向向）的的分分量量，即即B Bcoscos，这时的霍尔电动势为：，这时的霍尔电动势为：E EH

6、H=K KH HIB IB coscos cdb结论：结论：霍尔电势与输入电流霍尔电势与输入电流I、磁感应强度、磁感应强度B成正比。成正比。当当B的的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变电势。场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变电势。2 2、霍尔元件的特性参数、霍尔元件的特性参数 A A、输入电阻输入电阻R Ri i 是指是指霍尔元件两激励电流端的直流霍尔元件两激励电流端的直流电阻电阻。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激励时，原件温度会升高，输入电阻会

7、变小，从而励时，原件温度会升高，输入电阻会变小，从而使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，产生产生测量误差测量误差。为减小温漂，最好。为减小温漂，最好使用恒流源使用恒流源作为激作为激励源。励源。B B、最大最大激励电流激励电流Im由于霍尔电势随激励电流增大而由于霍尔电势随激励电流增大而增大，增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大功耗增大，元件的元件的温度升高温度升高，从而，从而引起霍尔电势的温漂增大引起霍尔电势的温漂增大，因此，因此每种型号的元件均规定了相应的

8、每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。它的数值从几毫安至十几毫安。2 2、霍尔元件的特性参数（续）、霍尔元件的特性参数（续）C C、灵敏度灵敏度K KH H 是是在磁场垂直于霍尔元件的测试条件下，在磁场垂直于霍尔元件的测试条件下，K KH H=E=EH H/(IB)/(IB)，它的单位是，它的单位是mV/(mA*T)mV/(mA*T)。D D、最大磁感应强度最大磁感应强度B Bm m 当磁感应强度超过当磁感应强度超过B Bm m时，霍尔电时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，动势的非线性误差将明显增大，B Bm m 的数般一值零点的数般一值零点几个特

9、斯拉（几个特斯拉（T T），），1Gs=101Gs=10-4-4T T。E E、不等位电动势不等位电动势 是指在额定激励电流下，当外加磁场是指在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压（为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压（E E0 0）。）。F F、霍尔电动势温度系数霍尔电动势温度系数 是指在一定磁场强度和激励电是指在一定磁场强度和激励电流作用下，温度流作用下，温度每变化每变化1 1度度时，霍尔时，霍尔电动势变化的百电动势变化的百分数分数。以下哪一个以下哪一个激励电流的数值较为妥当激励电流的数值较为妥当？8A 0.8mA 8mA 80mA 霍尔霍尔元件的等效电路元件的等

10、效电路 在在a a、b b、c c、d d四个端点之间四个端点之间,等效于一个四臂电桥等效于一个四臂电桥霍尔元件的不等位电动势及调零霍尔元件的不等位电动势及调零 在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为出端之间的开路电压称为不等位电动势不等位电动势E0，它是，它是由于由于4个电极的几何尺寸不对称引起的个电极的几何尺寸不对称引起的。霍尔集成电路的调零霍尔集成电路的调零 当当UGN3501M感受的磁场为零时，感受的磁场为零时，调节调节5、6、7之间的调零电位器，之间的调零电位器，可使可使第第1引脚相对于第引脚相对于第8引脚的输引脚的

11、输出电压等于零出电压等于零。二、霍尔二、霍尔集成电路集成电路霍尔集成电路可分为霍尔集成电路可分为线性型线性型和和开关型开关型两大类。两大类。线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如尔器件如UGN3501等。等。线性型三端线性型三端霍尔集成电路霍尔集成电路线性型霍尔特性线性型霍尔特性右图示出了具有右图示出了具有双双端差动输出特性的线性端差动输出特性的线性霍尔器件霍尔器件的的输

12、出特性曲输出特性曲线线。当磁场为零时，它。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁感受的磁场为正向（磁钢的钢的S S极对准霍尔器件的极对准霍尔器件的正面）时，正面）时，输出为正；输出为正；磁场反向时，输出为负。磁场反向时，输出为负。线性范围线性范围?开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路是将开关型霍尔集成电路是将霍尔元件霍尔元件、稳压电稳压电路、放大器、施密特触发器路、放大器、施密特触发器、OC门门（集电极开路（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，强度超过规定的

13、工作点时，OC门由高阻态变为导门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平通状态，输出变为低电平；当；当外加磁场强度低于外加磁场强度低于释放点时，释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。等。开关型霍尔集成电路的开关型霍尔集成电路的外形外形及及内部电路内部电路OC门门施密特触施密特触发电路发电路 双端输入、双端输入、单端输出运放单端输出运放霍尔霍尔 元件元件.Vc开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线门输出）的接线开始接线?接线完毕开关型霍尔集成电路的史密特输出开关型霍尔集成电路的史密特

14、输出特性特性 回差越大，回差越大，抗振动干扰能力抗振动干扰能力就越强就越强。当磁铁当磁铁从远到近地接近霍尔从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时，到多少特斯拉时输出翻转？当输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特，到多少特斯拉时输出斯拉时输出再次翻转再次翻转？回差为多少特斯拉回差为多少特斯拉？相当于多相当于多少高斯（少高斯（Gs）？三三、霍尔霍尔传感器的应用传感器的应用 霍尔电势是关于霍尔电势是关于I、B、三个变量的函数，即：三个变量的函数，即：EH=KHIBcos 。利用这个关系可以使利用这个关系可以使其中两个量不变其中两个量不变，将，将第三个第三个量作为变量量

15、作为变量，或者，或者固定其中一个量固定其中一个量，其余两个量都作其余两个量都作为变量为变量。这使得霍尔传感器可以有许多用途。这使得霍尔传感器可以有许多用途。霍尔传感器霍尔传感器主要用于测量能够转换为磁场变化的其主要用于测量能够转换为磁场变化的其他物理量他物理量。霍尔特斯拉计（高斯计霍尔特斯拉计（高斯计）霍尔元件霍尔元件霍尔特斯拉计、高斯计霍尔特斯拉计、高斯计 高斯计是高斯计是测量物体于空间上一个点的静态或动态测量物体于空间上一个点的静态或动态(交交变变)磁感应强度的仪器磁感应强度的仪器。物体发出的磁力线垂直穿过霍尔。物体发出的磁力线垂直穿过霍尔传感器，从而产生与被测体成正比的输出电压，由液晶板

16、传感器，从而产生与被测体成正比的输出电压，由液晶板显示出磁感应强度。单位为高斯显示出磁感应强度。单位为高斯(Gs)或特斯拉或特斯拉(T)。T（特斯拉（特斯拉)1 000mT（毫特斯拉）（毫特斯拉）10 000s（高斯）（高斯）测量范围：测量范围：+/-19999.9Gs信噪比：信噪比：0.01Gs分辨力：分辨力：0.01Gs霍尔元件霍尔元件被测物被测物(剩磁剩磁)霍尔转速表霍尔转速表在被测转速的转轴上安装一个在被测转速的转轴上安装一个齿盘齿盘，也可选取机械，也可选取机械系统中的一个系统中的一个齿轮齿轮，将，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘齿盘。齿盘的转动使磁路的。

17、齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变磁阻随气隙的改变而周期性而周期性地变化，霍尔器件输出的地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速整形后可以确定被测物的转速。此处应采用线性霍尔传感器。此处应采用线性霍尔传感器。SN线性霍尔线性霍尔磁铁磁铁霍尔转速表原理霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出低电平；可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出低电平；反之，当反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时齿轮的空挡对准霍尔元件时，磁力线从上下侧，磁力线从上

18、下侧通过，输出为通过，输出为高电平高电平。霍尔转速传感器在汽车防抱死装置霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的）中的应用应用 若汽车在刹车时车轮被若汽车在刹车时车轮被抱死抱死，将产生危险。用霍，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测和保持车轮的尔转速传感器来检测和保持车轮的转动转动，有助于，有助于控制控制刹车力的大小刹车力的大小和防止和防止侧偏侧偏。带有微型带有微型磁铁的霍磁铁的霍尔传感器尔传感器钢质霍尔霍尔霍尔转速表的其他安装方法霍尔转速表的其他安装方法 只要黑色金属（导磁体）旋转体的表面存在只要黑色金属（导磁体）旋转体的表面存在缺口缺口或突起或突起，就，就可产生磁场强度的脉动可产生磁场强

19、度的脉动，从而，从而引起霍尔电引起霍尔电势的变化势的变化，产生转速脉冲。，产生转速脉冲。霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置 采用霍尔式无触采用霍尔式无触点电子点火装置能较点电子点火装置能较好地好地克服汽车合金触克服汽车合金触点点火时间不准确点点火时间不准确、触点易烧坏、触点易烧坏、高速时高速时动力不足等缺点动力不足等缺点。汽车点火线圈汽车点火线圈高压输出高压输出电缆接头电缆接头12V低压电低压电源输入接头源输入接头传统点火系统组成传统点火系统组成霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理 桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图桑

20、塔纳汽车霍尔式分电器示意图 1-触发器叶片触发器叶片 2-槽口槽口 3-分电器转轴分电器转轴 4-永久磁铁永久磁铁 5-霍尔集成电路（霍尔集成电路（PNP型霍尔型霍尔IC）a）带缺口的触发器叶片）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系路之间的安装关系 c）叶片位置与点火正时的关系）叶片位置与点火正时的关系 霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）续）汽车电子点火电路及波形汽车电子点火电路及波形 1点火开关点火开关 2达林顿晶体管功率开关达林顿晶体管功率开关 3点火线圈低压侧点火线圈低压侧 4点火线圈铁心点

21、火线圈铁心 5点火线圈高压侧点火线圈高压侧 6分火头分火头 7火花塞火花塞 a）电路）电路 b）霍尔）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形及点火线圈高压侧输出波形 霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）续）当叶片遮挡在霍尔当叶片遮挡在霍尔ICIC面前时，面前时，PNPPNP型霍尔型霍尔ICIC的输的输出为低电平，晶体管功率开关处于导通状态出为低电平，晶体管功率开关处于导通状态，点火线，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以圈低压侧有较大电流通过，并以磁场能量的形式储存磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中在点火线圈的铁心中。当叶片槽口转到霍尔当叶片槽口转到霍尔IC面前时，面前时，

22、霍尔霍尔IC输出跳变输出跳变为高电平为高电平，经反相变为低电平，经反相变为低电平，达林顿管截止达林顿管截止，切断，切断点火线圈的低压侧电流。由于没有续流元件，所以存点火线圈的低压侧电流。由于没有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的储在点火线圈铁心中的磁场能量在高压侧感应出磁场能量在高压侧感应出3050kV的高电压的高电压。汽车电子点火装置使用的汽车电子点火装置使用的点火控制器点火控制器霍尔霍尔传感器及点火总成传感器及点火总成磁铁磁铁点火总成点火总成霍尔式无刷电动机霍尔式无刷电动机 霍尔式无刷电动机霍尔式无刷电动机取消了换取消了换向器和电刷向器和电刷，而采用霍尔元件来，而采用霍尔元件来检测转子和

23、定子之间的相对位置，检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号控制电枢电流的换向，其输出信号控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。维持电动机的正常运转。由于无刷电动机由于无刷电动机不产生电火不产生电火花及电刷磨损等问题花及电刷磨损等问题，所以它在，所以它在录像机、录像机、CD唱机唱机、光驱等家用电、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。器中得到越来越广泛的应用。普通直流电动机使用普通直流电动机使用的电刷和换向器的电刷和换向器霍尔式无刷电动机霍尔式无刷电动机 采用霍尔开关来检测转子和采用霍尔开关来检测转子和定子之间的相对位置，经编码和定子之间的相对位置，经编码和逻辑换向电路，触发功率开关，逻辑

24、换向电路，触发功率开关，从而控制电枢电流的换向，维持从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转电动机的正常运转。1定子底座定子底座 2定子铁心定子铁心 3霍尔开关霍尔开关 4三相绕组线圈三相绕组线圈 5外转子外转子 6转轴转轴 7磁极磁极无刷电动机在电动自行车上的应用无刷电动机在电动自行车上的应用 电动自行车电动自行车可充电电池组可充电电池组无刷电动机无刷电动机无刷电动机在电动自行车上的应用无刷电动机在电动自行车上的应用 无刷直流电动机无刷直流电动机的的外转子采用高性能外转子采用高性能钕铁硼稀土永磁材料钕铁硼稀土永磁材料；三个霍尔位置传感器三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信产生六个状态编码

25、信号号，控制逆变桥各功，控制逆变桥各功率管通断，使率管通断，使三相内三相内定子线圈与外转子永定子线圈与外转子永磁磁极之间产生连续磁磁极之间产生连续转矩转矩。具有效率高、。具有效率高、无火花、可靠性强等无火花、可靠性强等特点。特点。电动自行车的电动自行车的无刷电动机及控制电路无刷电动机及控制电路 去速度控去速度控制器制器 利用利用PWM调调速速无无刷电动机的结构刷电动机的结构由由定子、转子、位置传感器定子、转子、位置传感器及及换相电路换相电路组成组成 ，定子定子绕组多采用三相星形方式连接绕组多采用三相星形方式连接 。将将3只只(a、b、c)锁相式霍尔传感器安装在靠近转子锁相式霍尔传感器安装在靠近

26、转子磁极的位置。当磁极的位置。当N极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时达到一定值时，其输出翻转为，其输出翻转为低电平低电平；当；当N极逐渐离开极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍然保持，其输出仍然保持为为低电平低电平；只有；只有磁场转变为磁场转变为S极并达到一定值时极并达到一定值时，其输，其输出才翻转为出才翻转为高电平高电平。在在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形高、低电交替变化磁场下，传感器输出波形高、低电平各占平各占50%。如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔。如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感

27、器传感器输出一个周期的电压波形输出一个周期的电压波形，如果转子是两对极如果转子是两对极，则则输出两个周期的电压波形输出两个周期的电压波形。直流无刷电机中一般安装直流无刷电机中一般安装3 3个霍尔传感器，个霍尔传感器，间隔间隔120120度或度或6060度度按圆周分布。按圆周分布。如果间隔如果间隔120120度，则度，则3 3个霍尔传感器的个霍尔传感器的输出波形输出波形相差相差120120度电角度度电角度；输出信号输出信号中中高、低电平各占高、低电平各占180180度电角度度电角度。如果规定输出信号高电平为如果规定输出信号高电平为“1 1”，低电平为，低电平为“0 0”，则输出的三个信号可用，则

28、输出的三个信号可用3 3位二进制编码表示位二进制编码表示。直流三相全控无刷电动机的控制原理图直流三相全控无刷电动机的控制原理图 1光驱用的无刷电动机内部结构光驱用的无刷电动机内部结构霍尔式接近开关霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极当磁铁的有效磁极接近接近、并并达到动作距离达到动作距离时，霍尔式时，霍尔式接近开关接近开关动作动作。霍尔接近开。霍尔接近开关一般还配一块关一般还配一块钕铁硼磁铁钕铁硼磁铁。霍尔式接近开关霍尔式接近开关 用霍尔用霍尔ICIC只能用于铁磁材料的检测，并且还需要只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场建立一个较强的闭合磁场。当磁铁随运动部当磁铁随运动部件移动到

29、件移动到距霍尔接近距霍尔接近开关几毫米开关几毫米时，时，霍尔霍尔IC的输出由高电平变的输出由高电平变为低电平为低电平，使，使继电器继电器吸合或释放吸合或释放，控制运，控制运动部件停止移动（否动部件停止移动（否则将撞坏霍尔则将撞坏霍尔IC），），起限位的作用。起限位的作用。a）外形）外形 b）接近式）接近式 c）滑过式）滑过式 d）分流翼片式）分流翼片式1运动部件运动部件 2软铁分流翼片软铁分流翼片 霍尔式接近开关用于转速测量演示霍尔式接近开关用于转速测量演示n=60f/z(r/min)软铁分流翼片软铁分流翼片 开关型霍尔开关型霍尔IC T霍尔电流传感器霍尔电流传感器将将被测电流的导被测电流的导

30、线穿过霍尔电流传感线穿过霍尔电流传感器的检测孔器的检测孔。当有电流通过导当有电流通过导线时线时，在导线周围将在导线周围将产生磁场产生磁场，磁力线集，磁力线集中在铁心内，并中在铁心内，并在铁在铁心的缺口处穿过霍尔心的缺口处穿过霍尔元件元件，从而，从而产生与电产生与电流成正比的霍尔电压流成正比的霍尔电压。霍尔电流传感器演示霍尔电流传感器演示铁心铁心 线性霍线性霍尔尔IC EH=KBB=KI I 穿过铁心的磁穿过铁心的磁感应强度感应强度B与被测电与被测电流流I比成正。比成正。霍尔霍尔IC的输出电的输出电动势动势EH与与B成正比，成正比，所以也与所以也与被测电流被测电流I I比比成正成正。其他其他霍尔

31、电流传感器霍尔电流传感器霍尔钳形电流表（交直流两用）霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌压舌豁口豁口霍尔钳形电流表演示霍尔钳形电流表演示直流直流200A量程量程被测电流被测电流的导线未放入的导线未放入铁心时示值为铁心时示值为零。零。70.9A钳形表的环形铁心可以张开，导线由此穿过霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示霍尔钳形 电流表演示霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示70.9A 将空调电源的将空调电源的“三芯护套线三芯护套线”夹夹到钳形表的环形铁心中，钳形表的示到钳形表的环形铁心中，钳形表的示值为多少？为什么？值为多少？为什么？霍尔钳形电流表的使用（续）霍尔钳形电流表的使用（续）叉形钳形表叉

32、形钳形表漏磁稍大，但漏磁稍大，但使用方便使用方便 用钳形表测量电用钳形表测量电动机的相电流动机的相电流霍尔式电流霍尔式电流谐波分析仪谐波分析仪 被测电流的谐被测电流的谐波频谱波频谱铁心的铁心的 开开合缝隙合缝隙 铁心的铁心的杠杆压舌杠杆压舌谐波分析仪将非正弦周期谐波分析仪将非正弦周期性电流信号按傅立叶级数展开，性电流信号按傅立叶级数展开，得到频率为基波频率整数倍的得到频率为基波频率整数倍的各正弦分量幅值。各正弦分量幅值。闭环霍尔电流传感器的原理电路闭环霍尔电流传感器的原理电路“磁平衡式霍尔电流传感器磁平衡式霍尔电流传感器”的铁心上的铁心上绕有二次绕绕有二次绕组组，与负载电阻与负载电阻RS串联串

33、联。霍尔电动势经放大，并转换成。霍尔电动势经放大，并转换成与被测电流与被测电流IP成正比的输出电流成正比的输出电流Is。Is流经多匝的二次绕流经多匝的二次绕组后，在铁心中所产生的磁通与一次电流组后，在铁心中所产生的磁通与一次电流IP所产生的磁所产生的磁通相抵消通相抵消，这样，这样，铁心不易饱和铁心不易饱和。霍尔器件在测量中起。霍尔器件在测量中起到指示零磁通的作用，属于闭环测量到指示零磁通的作用，属于闭环测量,温漂较小温漂较小。霍尔电流传感器的技术指标与计算霍尔电流传感器的技术指标与计算“匝数比匝数比”：根据磁场有关定律，同一个铁心中根据磁场有关定律，同一个铁心中的一次绕组与二次绕组必须有相等的

34、安匝数，即：的一次绕组与二次绕组必须有相等的安匝数，即：IPNP=ISNS，或：，或：NP被定义为被定义为“一次测线圈一次测线圈”的匝数，的匝数，一般取一般取NP=1；NS为厂家所设定的为厂家所设定的“二次侧线圈的匝数二次侧线圈的匝数”开环型开环型的霍尔电流传感器没有的霍尔电流传感器没有二次侧线圈二次侧线圈。霍尔电流传感器的匝数比计算霍尔电流传感器的匝数比计算例例：设某型号霍尔电流传感器的设某型号霍尔电流传感器的额定匝数比额定匝数比NP/NS=1/2000，标准额定电流值标准额定电流值IPN=300A，二次侧，二次侧的负载电阻的负载电阻RS=30。通电后，用电流表测得。通电后，用电流表测得二次

35、侧二次侧电流电流IS=0.1A，求求：输出到弱电回路的输出电压输出到弱电回路的输出电压US和和被测电流被测电流IP。解解：1）US=RSIS=300.1A=3V 2）根据匝数比公式，被测电流）根据匝数比公式，被测电流IP为：为：霍尔电流传感器的电流比计算霍尔电流传感器的电流比计算电流比定义为：电流比定义为：IPN被定义为被定义为“一次测线圈一次测线圈”的的额定电流额定电流；ISN被定义为被定义为“二次侧线圈二次侧线圈”的的额定电流额定电流例例：设某型号霍尔电流传感器的设某型号霍尔电流传感器的额定电流比额定电流比KN=IPN/ISN=300:0.3（匝数比（匝数比i=NP/NS=1/1000），

36、），NP=1，“二次负载电阻二次负载电阻”RS=30。通电后，用数字。通电后，用数字电压表测得二次输出电压电压表测得二次输出电压US=4.5V，求求：1）额定电）额定电流比流比IPN；2）流过）流过RS的二次电流的二次电流IS；3）被测电流）被测电流IP 。霍尔电流传感器的技术指标与计算（续）霍尔电流传感器的技术指标与计算（续）解：解：1）由额定电流比）由额定电流比KN=300:0.3可知，可知，IPN=300A；“二次侧线圈二次侧线圈”的额定电流的额定电流ISN=0.3A 2）IS=US/RS=4.5V/30=0.15A。3）根根据据电电流流比比与与匝匝数数比比的的概概念念，被被测测电电流流

37、I P为：为：霍尔交直流电流表的接线霍尔交直流电流表的接线例例：设某霍尔电流传感器的额定输出电流为设某霍尔电流传感器的额定输出电流为420mA，希望在一次额定电流，希望在一次额定电流(例如例如300A)时，得到时，得到4V的输出电压，选择的负载电阻的输出电压，选择的负载电阻RS应为多少欧应为多少欧？霍尔电流传感器的图形符号霍尔电流传感器的图形符号解解：RS=4V/20mA=200磁平衡式霍尔电压传感器原理磁平衡式霍尔电压传感器原理一次电流一次电流Ii经过经过多匝的一次绕组多匝的一次绕组之后，在铁心中之后，在铁心中产生磁场，产生磁场，被夹在铁心气隙中的霍尔元件检测到，被夹在铁心气隙中的霍尔元件检

38、测到，并产生相应的霍尔电动势并产生相应的霍尔电动势，该电动势经放大电路后，该电动势经放大电路后，反馈到铁心上的补偿线圈反馈到铁心上的补偿线圈，产生二次电流产生二次电流Im，并，并产产生磁通生磁通，与一次电流产生的磁通大小相等，方向相与一次电流产生的磁通大小相等，方向相反，从而在磁芯中保持磁通趋向于零反，从而在磁芯中保持磁通趋向于零。平衡后的二平衡后的二次电流次电流Im与一次电流与一次电流Ii以及被测电压以及被测电压Ui成正比成正比。磁平衡式霍尔电压传感器原理图磁平衡式霍尔电压传感器原理图从上图可以看出，霍尔电压传感器的从上图可以看出，霍尔电压传感器的基本原理基本原理与与磁平衡闭环霍尔电流传感器

39、类似磁平衡闭环霍尔电流传感器类似。由于霍尔电压传感由于霍尔电压传感器的器的一次绕组一次绕组的的匝数较多匝数较多,10mA的输入的输入电流电流Ii所产生的所产生的安匝数安匝数IiN1较大较大,也也可以达到一次侧为可以达到一次侧为300A1匝的电流匝的电流传感器所产生的相同数量级的安匝数传感器所产生的相同数量级的安匝数。霍尔电流、电压传感器的霍尔电流、电压传感器的综合应用综合应用举例举例霍尔电压传感器计算举例霍尔电压传感器计算举例例例：（1）设设霍霍尔尔电电压压传传感感器器在在额额定定输输入入电电压压（500V）时时的的一一次次额额定定输输入入电电流流IiN=10mA，绕绕组组的的直流电阻暂不考虑，直流电阻暂不考虑，求：求：限流电阻限流电阻R1的阻值？的阻值？（2）设该霍尔电压传感器的设该霍尔电压传感器的额定输出电流额定输出电流ImN=25mA，若，若希望二次输出电压希望二次输出电压Um=5V，求：求：负载电阻负载电阻Rm为多少欧？为多少欧？霍尔电压传感器最少需要几霍尔电压传感器最少需要几个引脚个引脚?休休 息息