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1、华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术第4章 常用传感器4.7.2 霍尔传感器霍尔传感器半导体传感器半导体传感器半导体材料的一个重要特性是对光、热、力、磁、气体、湿度等理化量的敏感性。利用半导体材 料的这些特性使其成为非电量电测的转换元件，是 近代半导体技术应用的一个重要方面。半导体传感器是半导体材料的一个重要特性是对光、热、力、磁、气体、湿度等理化量的敏感性。利用半导体材 料的这些特性使其成为非电量电测的转换元件，是 近代半导体技术应用的一个重要方面。半导体传感器是物性型传感器物性型传感器，具有许多明显的，具有许多明显的 优点优点：结构简单、体积小、重量轻的器件结构简单、体
2、积小、重量轻的器件；功耗低、安全可靠、寿命长功耗低、安全可靠、寿命长；对被测量敏感、响应快；易于实现集成化。对被测量敏感、响应快；易于实现集成化。缺点缺点：输出特性一般是非线性的输出特性一般是非线性的，常常需要采用线性化电路常常需要采用线性化电路；受温度影响大，往往需要采用温度补偿措施受温度影响大，往往需要采用温度补偿措施；其性能参数分散性较大。其性能参数分散性较大。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术HBsiniBVK 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过 时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过 时，在垂直
3、于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应霍尔效应。4.7.2 霍尔元件霍尔元件磁敏传感器利用半导体材料的磁敏特性利用半导体材料的磁敏特性霍尔效应霍尔效应的产生是 由于运动电荷受到磁 场中的产生是 由于运动电荷受到磁 场中洛伦兹力洛伦兹力作用的结果，相应的电动势称为作用的结果，相应的电动势称为霍尔电势霍尔电势。左手定则左手定则华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术霍尔元件由霍尔片、四根引 线和壳体组成，如图示。霍尔元件由霍尔片、四根引 线和壳体组成，如图示。磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技
4、大学机械学院机械工程测试技术测转角：测转角：磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术电流传感器电流传感器当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场 可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检 测。当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场 可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检 测。磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术案例案例1：铁磁材料裂纹检测铁磁材料裂纹检测NS磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术案例案例2：铁磁材
5、料裂纹检测铁磁材料裂纹检测磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术案例3：案例3：汽车速度测量:汽车速度测量:磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术2.磁电阻元件2.磁电阻元件 利用半导体材料的利用半导体材料的磁阻效应磁阻效应霍尔元件处于外磁场中时，会产生载流子的偏移，故使其传导电流分布不均，表现为传导电流方向的电 阻也不一致。当霍尔元件处于外磁场中时，会产生载流子的偏移，故使其传导电流分布不均，表现为传导电流方向的电 阻也不一致。当改变磁场的强弱就会影响电流密度的 分布，半导体片的电阻变化可反映这一状态。改变磁场的强弱就会影响电流密度的
6、分布，半导体片的电阻变化可反映这一状态。半导体 片的电阻与外加磁场半导体 片的电阻与外加磁场B和霍尔常数和霍尔常数kB 有关，这种特性 称为有关，这种特性 称为磁阻效应磁阻效应。特点：特点：电阻的增量与磁场的平方成正比；电阻的增量与磁场的平方成正比；与磁场的正负无关；与磁场的正负无关；温度系数影响大；温度系数影响大；磁感应的范围比霍尔元件大。磁感应的范围比霍尔元件大。磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术应用：应用：磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数测量。磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数测量。例如：磁头、接近开关、无触点开关等例如：磁头、接近开关、无触点开关等磁敏传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院机械工程测试技术案例案例4：转速测量转速测量磁敏传感器End