什么是霍尔传感器？霍尔传感器的工作原理是什么？霍尔传感器的应用？

安科瑞徐行德

摘要： 霍尔传感器（霍尔开关，线性霍尔传感器等）被用于检测磁场强度变化的，接近传感器，位置和速度测量等应用中。它们甚至还用于计算机打印机，气压缸，计算机键盘等。

霍尔传感器（霍尔开关，线性霍尔传感器等）被用于检测磁场强度变化的，接近传感器，位置和速度测量等应用中。它们甚至还用于计算机打印机，气压缸，计算机键盘等。那么什么是霍尔传感器？霍尔传感器的工作原理是什么？霍尔传感器的应用有哪些？

霍尔传感器概述

霍尔传感器是是根据霍尔效应制作的一种磁性传感器，其输出取决于磁场或磁性传感器周围的磁通密度。

“霍尔”一词来自 埃德温·霍尔博士，他是第一次发现这种霍尔效应。如果存在垂直于电流通过的物体的外部磁场，则会在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势。

霍尔传感器的符号

霍尔传感器的公式

线性霍尔传感器的输出可以表示为：

VH 是霍尔电压

RH 是霍尔效应系数

I是流过传感器（半导体平板）的电流

t是传感器的厚度

B是外部磁通密度

霍尔效应数字传感器的输出取自 OPAMP 的输出，后者又与内置的施密特触发器相连 磁滞现象 这减少了输出电压的振荡。 在这种情况下，只有当外部场强高于设备中的特定值时，设备才会从关闭状态切换到开启状态。

霍尔传感器的构造

霍尔传感器通常由矩形的半导体片（例如铟）组成 锑（InSb）或砷化镓（GaAs），称为霍尔探头，安装在 铝板并完全覆盖在探头内部。 由非磁性材料制成的探针手柄与探针头连接，以使半导体矩形板的平面垂直于探针手柄。

激活设备后，会持续流过半导体。 如果外部磁场线与探头成直角，使得场线穿过探头的传感器成直角，则会产生称为“霍尔效应”电压的电压，并且设备会提供读数外磁场的磁通密度（B）的关系。

霍尔传感器的工作原理

霍尔传感器主要是由于洛伦兹力的影响而工作的（它是带电粒子由于电场或磁场而受到的力，即简单地 电磁 场）。

在存在足够大的现有外部磁场的情况下，半导体平板中的电子朝平板的一个边缘偏转，即，由于作用在它们上的洛伦兹力，空穴和电子朝平板的任一侧移动。

为此，半导体的一侧带负电，而相反侧则带正电。 由于在矩形板的两个相对侧上积累了相反的电荷，因此在这两个侧上都产生了电压梯度。 该电压称为霍尔电压（VH），并且通过使用外部磁场产生此可测量霍尔电压的效应称为霍尔效应。

为了产生电势差以产生可测量的电压，外部磁场线必须与电流流过平板的平面成直角。 另外，应提供正确的极性以使霍尔传感器正常工作。

霍尔传感器工作原理

当电子和空穴彼此分开时，会产生电势梯度，并且间距会增大，直到电场产生的力与磁场产生的力达到平衡为止。 当两个力彼此平衡时，电流没有变化，并且已经计算出在这一点上并从该磁通密度（B）中检测到的霍尔电压。

如果输出电压线性依赖于磁通量密度，则称其为线性霍尔传感器，如果输出电压在不同磁通密度下急剧下降，则称为阈值霍尔传感器。

我们已经听说过感应传感器，感应传感器会响应不断变化的磁场，因为感应线圈中的电流会在线圈中感应出电流，从而在其输出中产生电压。 因此，电感式传感器只能检测到静态（不变的）磁场，而霍尔传感器则可以检测到变化的和不变的磁场。

霍尔传感器可以提供有关用于产生电压的磁极类型以及外部磁通密度（B）大小的信息。 使用一组传感器，我们可以找到所用外部磁体的相对位置。

霍尔传感器的输出电压通常具有很小的幅度，例如几微伏，即使在传感器上施加了强大的外部磁场也是如此。 因此，大多数市售的霍尔传感器都内置有直流放大器和稳压器，以提高传感器的灵敏度和输出电压的幅度。

霍尔传感器的类型

根据其操作所需的外部磁极的类型，霍尔传感器有两种类型。

1、双极

2、单极

使用单个磁体的霍尔传感器中最常见的两种传感配置是正面检测和侧向检测。 在侧向检测中，需要在霍尔效应元件的表面前面以横向运动移动磁体。 在正面检测中，磁体以垂直于霍尔元件平面的方式移向和移离霍尔元件。

霍尔传感器的应用

位置传感器： 在开/关模式下运行时，即具有数字输出，检测磁的发生 物料 是霍尔传感器的重要工业应用之一。

直流变压器： 霍尔传感器用于测量直流磁通量，因此可以计算出直流电流。

键盘开关： 对于某些计算机键盘，使用了霍尔效应开关。 但是由于其相对较高的成本，由于其高可靠性而被限制在航空航天和军事领域。

油位指示器： 霍尔传感器使用位置感测来感测浮动元件的位置，并用作汽车油位指示器。

电动跑步机： 霍尔传感器在这里用于速度传感器以及由于意外跌落而紧急停止。 跑步机中使用者的腰带连接到拉绳，拉绳又连接到磁铁。 如果用户不小心摔倒，磁铁会脱落，并且电源会中断，从而使机器停止运转。

审核编辑：汤梓红