霍尔器件的应用

2018-1-16 09:59:44

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   霍尔元件，元件所需的控制电流I由电源E供给并通过电位器R及调节。霍尔输出端接负载RL，可以是一般电阻，也可以是表头或放大器的内阻。
   1、磁场测量
   假定霍尔元件流过的电流I固定不变，则霍尔输出电势UH正比于磁场B，因此可用于测量磁场。霍尔输出可由电压表或电流表指示。
   2、磁读头
   用于读取磁带或磁盘上信号的传感器称为磁读头。它通常是在磁体上绕上线圈而构成的。以一定速度行进的磁带或磁盘与磁头上的线圈相耦合，磁头便可读取磁通随时间的变化率。用霍尔元件作磁头，能提高检测灵敏度。使用线圈式磁头时，磁带或磁盘行进速度变慢时，检测信号将变小。但使用霍尔元件时，因为利用的不是磁通随时间的变化，而是磁通的密度，所以输出信号与速度无关，仅在较高频率时输出信号才减小。而且信噪比亦良好，此外还可读出直流信号。
   霍尔磁读头的结构如图1所示，其中图（a）是纵向磁化霍尔磁读头。磁带纵向磁化，当其运动时，从磁化区发出的磁力线经铁氧体引导作用于霍尔元件。霍尔输出电压与磁带的磁感应强度成正比，于是便能读出由磁带所记录的信号。图（b）是磁带横向磁化的霍尔磁读头的剖视图，磁带的运动方向与图面垂直,读磁原理与图（a）类似。

图1、霍尔磁读头：(a)、磁带纵向磁化；(b)磁带横向磁化

3、电流测量
通电导线的周围存在磁场，其强度和导线中的电流成正比。若将通以恒定电流的霍尔元件放在通电导线周围的磁场中，则霍尔输出电压的大小就与导线中的电流成正比。用霍尔元件测量电流时，常用环形铁心来集中磁力线，霍尔元件则放在铁心的间隙之中，如图2所示、广泛使用的钳形电表就是应用这种原理构成的。利用霍尔元件测量电流的优点是，不必切断电流电路，不必接触被测量物，测量精度较高，且被测电流频率对结果影响不大（只要频率不是太高）。

图2、霍尔元件测量电流

4、位移测量
保持霍尔元件的控制电流不变，使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则其霍尔输出电压只取决于它在磁场中的位移量，根据这一原理即可测量位移尤其是微小位移。磁场梯度越大，霍尔输出灵敏度越高，磁场梯度越均匀，霍尔输出线性度越好。图3所示为一霍尔元件微位移测量系统。它采用两个场强相同的磁钢相对安置，磁钢中间是霍尔元件。在磁钢之间正中位置磁场平衡，霍尔输出为零，若霍尔元件偏离正中位置，便有霍尔输出。其输出与位移的关系如图所示。用霍尔元件测量位移的特点是惯性小、反应速度快，除霍尔元件须与被测部件连动外，无其他活动部件，因此可避免磨擦和机械故障等。用此方法还可间接测量压力、液位、流量等。

图3、微位移测量系统

5、乘法器
由于霍尔电势UH= KHIBcosθ，若控制电流用I1表示，磁场B由I2产生，则

UH= KI1I2

其中K为常数，I1、I2可为正反方向，相应于坐标的四个象限。可见霍尔元件是个理想的乘法器。霍尔元件用作乘法器，可直接相乘，简便且精度较高。图4为霍尔乘法器原理图。功率测量是霍尔乘法器最典型的应用。让负载电压和负载电流分别与霍尔元件的控制电流和磁感应强度成正比，显然负载功率就正比于霍尔电势。由于霍尔元件的频率响应很高，因此可用于从直流到微波频带范围很宽的功率测量，不仅可测单相或多相的有效功率，还可测量无功功率或视在功率。

图4、霍尔乘法器

6、集成霍尔电路应用
由于分立霍尔元件信号弱、成本高，应用受到限制。而集成霍尔电路信号经过内部放大处理，不仅使用方便、电路简化，价格也较低，因此适合推广使用。集成霍尔电路的原理和使用方法与分立霍尔元件基本相同。只是其控制电极一般与信号处理电源联在一起，电流不能独立控制。集成霍尔电路分开关型和线性型两种，分别用于开关控制和磁场测量等。图5是集成霍尔电路的一种典型应用电路。来自海洋兴业仪器hyxyyq.com

图5、集成霍尔电路的应用