霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁电传感器,它可以检测磁场及其变化,并在各种与磁场有关的场合中使用,如图9-39所示。它具有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、功耗小频率高、耐振动等优点。 1.霍尔效应在一块通电的半导体薄片上,施加一个与薄片表面垂直的磁场B,在薄片的横向两侧会出现一个电压,这种现象称为霍尔效应,如图9-40所示。在薄片上的四个电极中,其中C1、C2间通以工作电流,故C1、C2称为电流电极。在C3、C4间取出霍尔电压Uh,故C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线,并将薄片用塑料封装起来,就形成了一个完整的霍尔元件。
2.霍尔元件类型按照霍尔元件的功能可分为霍尔线性元件和霍尔开关元件两种,前者输出模拟量,后者输出数字量。线性霍尔元件常用于磁场与电压电流的测量,开关型霍尔元件常用于速度、位置的测量。
按其应用可分为直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁的特性,后者是用磁场来作被检测的信息的载体,将许多非电、非磁的物理量,如压力、位置、速度、角度、转速等转变成电量来进行检测和控制的。
3.霍尔元件结构霍尔元件由霍尔片、引线和壳体等组成,如图9-41所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片,引出四个引线,两根引线A加激励电压或电流,称为激励电极。两根引线B为霍尔引出线,称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成,在电路中霍尔元件可用两种符号表示。
4.霍尔传感器随着半导体技术的发展,由霍尔元件制成的霍尔传感器,已被广泛应用于现代汽车的电子系统中,用于转速、加速度、角度等方面的测量,如图9-42所示。
霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成,传感头由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成,如图9-43所示。当信号齿位于图(a)所示位置时,穿过霍尔元件的磁感线分散,磁场相对较弱。当信号齿位于图(b)所示位置时,穿过霍尔元件的磁感线集中,磁场相对较强。当信号齿轮持续转动时,使得穿过霍尔元件的磁感线密度发生变化,因此引起霍尔电压的变化,此时霍尔元件将输出一个毫伏量级的正弦波电压,经电子电路转换成与轮速成正比的方波脉冲信号,信号电压幅值不受转速的影响,频率响应高,抗电磁波干扰能力强。
霍尔元件将磁场变化转为电信号输出这一特性,被广泛应用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化,如位置、位移、角度、角速度、转速等。也可将这些变量进行二次变换,用与测量压力、质量、液位、流速、流量等。
