摘(zhāi)要(yào)：隨著(zhuó)集成電(diàn)路等(děng)領域(yù)的快(kuài)速發(fā)展，霍爾傳感器也得到了(liǎo)廣泛的(dí)應用(yòng)。霍(huò)爾傳(chuán)感(gǎn)器(qì)是(shì)一(yī)種(zhǒng)以(yǐ)霍爾效(xiào)應(yīng)的(dí)應用為(wéi)基(jī)礎(chǔ)，能(néng)夠將被測非電(diàn)量參數(shù)轉化為電(diàn)量參數(shù)的傳(chuán)感器裝(zhuāng)置，具(jù)有(yǒu)高靈(líng)敏性(xìng)，高(gāo)穩(wěn)定(dìng)性，耐高溫，體積小，抗(kàng)衝擊性(xìng)等(děng)點(diǎn)。Ifl霍(huò)爾傳(chuán)感(gǎn)器已廣泛(fàn)應(yīng)用(yòng)於汽(qì)車(chē)工業(yè)，自動化，信息處理等各個領域。本(běn)文(wén)分(fēn)別(bié)從(cóng)霍(huò)爾效(xiào)應，霍爾(ěr)元件(jiàn)，霍爾傳(chuán)感(gǎn)器三(sān)個方麵對(duì)霍爾(ěr)傳感器進行簡要(yào)概述，並(bìng)進(jìn)一步闡(chǎn)述(shù)了霍爾傳(chuán)感器對電力儀(yí)表的(dí)電流(liú)，壓力，轉(zhuǎn)速(sù)等參數(shù)測量(liáng)的應用情(qíng)況(kuàng)，期望(wàng)能(néng)夠為相關方(fāng)麵的研究(jiū)提供(gōng)參考，提高(gāo)霍爾(ěr)傳感器(qì)的應用價值。
 
關鍵詞：霍(huò)爾(ěr)效應；霍(huò)爾(ěr)元件；霍爾(ěr)傳感(gǎn)器(qì)；電力(lì)儀表；應用(yòng)
 
十(shí)九世紀七十年代(dài)，美國物理學(xué)家霍爾(A．H．Hall，1855—1938)在(zài)研究金屬導體的導電機(jī)構時發現了(liǎo)霍(huò)爾效(xiào)應。目，廣(guǎng)泛應用於電力(lì)儀表(biǎo)中(zhōng)的(dí)霍爾(ěr)傳(chuán)感器就是(shì)利用霍爾(ěr)效(xiào)應製作的(dí)一種傳(chuán)感(gǎn)器(qì)。霍爾(ěr)傳感器是(shì)一種(zhǒng)以霍爾(ěr)效應的(dí)應用為(wéi)基(jī)礎，能夠將被測非電(diàn)量參數轉(zhuǎn)化(huà)為(wéi)電量(liáng)參(cān)數(shù)的傳感器裝(zhuāng)置，具有高靈(líng)敏(mǐn)性，高穩定性(xìng)，耐(nài)高溫，體積小(xiǎo)，抗衝(chōng)擊性(xìng)等點(diǎn)。現階(jiē)段，霍爾傳感器已經由傳統的單(dān)個霍爾元件階段(duàn)發(fā)展到(dào)集(jí)成電路階(jiē)段，並(bìng)廣泛應用於汽(qì)車(chē)工(gōng)業(yè)，自動(dòng)化，信(xìn)息(xī)處理(lǐ)等(děng)各個領域。本(běn)文(wén)分別(bié)從(cóng)霍(huò)爾(ěr)效應(yīng)，霍爾(ěr)元件，霍爾傳(chuán)感(gǎn)器(qì)三個(gè)方(fāng)麵對霍爾(ěr)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)進行(háng)簡(jiǎn)要(yào)概述(shù)，並進一(yī)步(bù)闡述了霍爾(ěr)傳(chuán)感器(qì)對(duì)電(diàn)力(lì)儀表(biǎo)的(dí)電流，壓(yā)力(lì)，轉速(sù)等(děng)參數(shù)測量的應(yīng)用(yòng)情況，期望能夠(gòu)為相關方麵的(dí)研究提供參考，提高霍爾(ěr)傳(chuán)感(gǎn)器的應用價值(zhí)。
 
1霍爾傳感器(qì)的基本概述
1.1霍爾效(xiào)應(yīng)
霍(huò)爾(ěr)效應(yīng)是由(yóu)於(yú)物(wù)體運(yùn)動產生的(dí)電荷(hé)受到(dào)磁場(cháng)作(zuò)用力和電(diàn)場作用力的共(gòng)同影響(xiǎng)而(ér)產(chǎn)生的，屬於(yú)電磁效(xiào)應的一種現(xiàn)象。霍(huò)爾效(xiào)應首(shǒu)先是在(zài)研究金屬導(dǎo)體(tǐ)的(dí)時(shí)候(hòu)發(fā)現的(dí)，後來(lái)在半(bàn)導體(tǐ)和(hé)導(dǎo)電流體(tǐ)中也發現了(liǎo)這種現(xiàn)象(xiàng)，並(bìng)且(qiě)比金(jīn)屬(shǔ)導體強(qiáng)的(dí)多。當載流導(dǎo)體裝(zhuāng)置處於(yú)靜止狀(zhuàng)態(tài)，並(bìng)且置於磁場運行係統中時(shí)，如(rú)果該(gāi)導體(tǐ)的電流(liú)運動方向與磁場(cháng)的(dí)運(yùn)動方(fāng)向不一致(zhì)的(dí)時候，該載流導體裝(zhuāng)置上(shàng)平(píng)行(háng)於磁場方向和電(diàn)流方向(xiàng)的兩個不(bù)同麵(miàn)之間(jiān)會產生一個(gè)電壓，即(jí)電動勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)就(jiù)叫做霍爾(ěr)電動勢，而這(zhè)種(zhǒng)現象(xiàng)就(jiù)是霍爾效(xiào)應(yīng)。霍(huò)爾效(xiào)應從發(fā)現(xiàn)至今100多(duō)年的(dí)時(shí)間，經歷了三個(gè)階(jiē)段(duàn)：階(jiē)段(duàn)，由(yóu)於沒有得到(dào)充分(fēn)的重視，應(yīng)用(yòng)價值(zhí)不大(dà)，基本處(chǔ)於(yú)停頓狀態；第二階段(duàn)，隨(suí)著半導(dǎo)體材料的廣泛(fàn)應用，推動(dòng)了(liǎo)霍爾元件(jiàn)的應用；第(dì)三階(jiē)段，隨著集(jí)成(chéng)電(diàn)路的快速發展，人(rén)們開始將霍爾(ěr)元(yuán)件(jiàn)進行集(jí)成(chéng)，形成(chéng)霍(huò)爾(ěr)傳感器，並實(shí)現了工業化(huà)，目(mù)得以廣泛(fàn)的應用。
 
1.3霍(huò)爾元(yuán)件(jiàn)
霍(huò)爾元件是(shì)在發現霍爾效應(yīng)的基礎上發(fā)展(zhǎn)起(qǐ)來的一種(zhǒng)特殊的(dí)磁(cí)敏感(gǎn)元件。它(tā)是以半(bàn)導(dǎo)體為(wéi)材料，選(xuǎn)擇濺射工藝(yì)進(jìn)行製(zhì)作形(xíng)成(chéng)的，具(jù)有(yǒu)體(tǐ)積小，性能高，成本低等(děng)顯著點，廣泛應用(yòng)於計算機(jī)，自動(dòng)化，測(cè)量等領域。由於(yú)半導體材料(liào)的(dí)使(shǐ)用(yòng)，使霍爾(ěr)元件(jiàn)的敏感(gǎn)性大幅度提(tí)高，能(néng)夠(gòu)有效的感(gǎn)應到溫(wēn)度(dù)等(děng)參(cān)數的變化(huà)情況。一(yī)般(bān)情況(kuàng)下，霍(huò)爾元件(jiàn)分為(wéi)霍(huò)爾(ěr)綫性(xìng)器件和霍(huò)爾開：關器(qì)件兩種類型。霍(huò)爾(ěr)綫性器件(jiàn)能夠直接檢測(cè)出(chū)受(shòu)測(cè)體本(běn)身(shēn)的(dí)磁特(tè)性(xìng)，能夠(gòu)輸(shū)出模擬信號(hào)，一般用於(yú)測量(liáng)電流(liú)，電(diàn)壓(yā)等(děng)參數(shù)。霍爾開關器件根據(jù)感應(yīng)方式的(dí)不同(tóng)分為單極性，雙極性和全極(jí)性(xìng)三(sān)種類型(xíng)，主要用於(yú)輸出(chū)數(shù)字量。如果在運(yùn)行過(guò)程(chéng)中霍(huò)爾元(yuán)件測量(liáng)得(dé)到不(bù)同(tóng)的(dí)電(diàn)阻值，會(huì)導(dǎo)致磁(cí)場產(chǎn)生的(dí)電阻也不(bù)穩(wěn)定。因(yīn)此(cǐ)，為了(liǎo)保證(zhèng)霍爾：元件的高效(xiào)運行(háng)，在(zài)使(shǐ)用期(qī)裝置(zhì)時，應(yīng)配置(zhì)一個與磁場運行係(xì)統(tǒng)對應的電勢補償(cháng)電(diàn)路和(hé)溫度(dù)補(bǔ)償(cháng)電(diàn)路(lù)。
 
1.3霍爾傳感(gǎn)器
霍爾(ěr)傳感(gǎn)器(qì)是指(zhǐ)基於(yú)霍爾(ěr)效(xiào)應，將霍爾(ěr)元(yuán)件(jiàn)與補(bǔ)償(cháng)電(diàn)路，穩壓電(diàn)源，放(fàng)大(dà)器等(děng)裝置集(jí)成(chéng)在同一個(gè)芯片中(zhōng)形(xíng)成(chéng)的(dí)一種磁場(cháng)傳(chuán)感器。其(qí)中穩壓(yā)電源(yuán)能夠(gòu)為(wéi)控製(zhì)電(diàn)路(lù)提供(gōng)必(bì)要的(dí)電(diàn)源支持(chí)，保證控製電路的正常運(yùn)行(háng)，並(bìng)且能夠對整個(gè)傳(chuán)感器係統(tǒng)進行調(tiáo)節(jié)，包(bāo)括電(diàn)流和(hé)電(diàn)阻(zǔ)的調節。根(gēn)據(jù)霍爾元件(jiàn)分(fēn)類(lèi)的不同，霍(huò)爾傳(chuán)感器(qì)同樣分為綫(xiàn)型傳感(gǎn)器(qì)和開關傳感器(qì)兩種類型(xíng)。綫型(xíng)霍爾(ěr)傳感器輸出(chū)的(dí)電(diàn)壓與(yǔ)磁場強(qiáng)度(dù)在一定的磁感(gǎn)應(yīng)強度範圍內(nèi)呈(chéng)綫性關係，一般(bān)適應於(yú)電(diàn)流(liú)和電壓(yā)等參(cān)數的測量；開關型霍爾(ěr)傳感(gǎn)器主要輸(shū)出(chū)數(shù)字量，具有無磨損，無(wú)抖(dǒu)動，精度(dù)高(gāo)，輸(shū)出波(bō)形(xíng)清晰(xī)等(děng)顯著(zhù)點。由(yóu)於霍爾(ěr)傳感(gǎn)器(qì)中的(dí)霍(huò)爾元件(jiàn)能(néng)夠(gòu)在(zài)恒定的(dí)磁場係(xì)統中進(jìn)行轉動(dòng)。因此，霍爾(ěr)電動勢可以直觀(guān)的反(fǎn)映(yìng)霍爾(ěr)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)運行過程中的轉(zhuǎn)角參(cān)數變(biàn)化的狀(zhuàng)況(kuàng)。
 
2霍爾傳感器在電(diàn)力(lì)儀(yí)表(biǎo)中的應(yīng)用
霍爾傳(chuán)感器(qì)由於(yú)其高靈(líng)敏性，高(gāo)穩定(dìng)性，耐(nài)高溫(wēn)，體積(jī)小，抗(kàng)衝(chōng)擊性等(děng)顯著點，廣(guǎng)泛應用(yòng)於汽車工業(yè)，自(zì)動(dòng)化，信(xìn)息處(chǔ)理(lǐ)等各(gè)個領域。其中，在(zài)電(diàn)力(lì)儀(yí)表領域(yù)中的(dí)應(yīng)用(yòng)尤為(wéi)突出。霍(huò)爾傳感器在電力儀表中的應用(yòng)主要包括(kuò)電(diàn)流，壓力(lì)，轉(zhuǎn)速(sù)等參(cān)數的(dí)測量，具(jù)體內(nèi)容(róng)如下：
 
2.1對電力儀(yí)表(biǎo)電流(liú)的(dí)測量(liáng)
電力儀表運行時的電流參數(shù)的測定，需(xū)要(yào)霍(huò)爾(ěr)傳(chuán)感器按如(rú)下(xià)方(fāng)法實(shí)現(xiàn)：首先(xiān)，在(zài)測(cè)量電(diàn)流時(shí)，將通電的(dí)導(dǎo)綫置於安裝有(yǒu)霍爾元(yuán)件(jiàn)的(dí)整個(gè)磁場(cháng)運行(háng)係統中。在此條件下，電力儀(yí)表(biǎo)運(yùn)行(háng)過程(chéng)中會有(yǒu)一(yī)定(dìng)的(dí)電流(liú)通(tōng)過導綫，在磁(cí)場(cháng)運行係統中的霍(huò)爾元(yuán)件便會(huì)產(chǎn)生(shēng)一(yī)定的(dí)電(diàn)壓(yā)信(xìn)號。如果(guǒ)測(cè)量區域中(zhōng)的(dí)霍(huò)爾(ěr)傳(chuán)感器(qì)的(dí)電流(liú)的(dí)大小(xiǎo)和電(diàn)流的(dí)流向(xiàng)發(fā)生(shēng)變(biàn)化，磁場運(yùn)行(háng)係(xì)統(tǒng)中(zhōng)相對(duì)應(yīng)的電(diàn)壓(yā)信號勢必(bì)會發(fā)生變(biàn)化。由(yóu)於霍(huò)爾(ěr)傳(chuán)感(gǎn)器中有(yǒu)放(fàng)大(dà)器(qì)裝置，這(zhè)樣的變(biàn)化波(bō)動(dòng)會同(tóng)時(shí)促(cù)使傳感器(qì)裝(zhuāng)置感(gǎn)應到(dào)電(diàn)壓信號(hào)的變化(huà)，並(bìng)通(tōng)過(guò)放(fàng)大(dà)器裝(zhuāng)置對其(qí)進(jìn)行(háng)二次(cì)整(zhěng)流(liú)和放大(dà)後，獲得電(diàn)流(liú)值大(dà)小，即完成電流的測(cè)量(liáng)任務。
 
2.2對電力(lì)儀(yí)表壓(yā)力的測量(liáng)
電(diàn)力儀(yí)表運行(háng)時的(dí)油壓等(děng)壓(yā)力(lì)參(cān)數(shù)測定的實(shí)現，其(qí)關鍵點(diǎn)在於電(diàn)力儀表運(yùn)行時(shí)，霍爾傳感器裝置(zhì)能夠(gòu)將(jiāng)運行過程中出(chū)現的非電量(liáng)信號轉變為(wéi)電(diàn)量信號(hào)。使用(yòng)霍(huò)爾傳感器對電力(lì)儀(yí)表(biǎo)的(dí)壓(yā)力參(cān)數進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要(yào)按如(rú)下方法(fǎ)實(shí)現：首(shǒu)先，將霍爾(ěr)傳(chuán)感器的(dí)各(gè)部(bù)分(fēn)元件(jiàn)固定在(zài)電(diàn)儀儀(yí)表係(xì)統(tǒng)中的(dí)彈性(xìng)薄(báo)膜(mó)，波爾登管(guǎn)等彈性(xìng)元件的一(yī)側。在(zài)電(diàn)力儀(yí)表運行過(guò)程中(zhōng)，係(xì)統中(zhōng)的(dí)彈(dàn)性元件會在(zài)壓(yā)力作(zuò)用(yòng)下(xià)產(chǎn)生一(yī)定的(dí)位置(zhì)變(biàn)化，而且(qiě)這種(zhǒng)位移變量同(tóng)時(shí)會對(duì)霍爾元件(jiàn)的位置產(chǎn)生作用(yòng)，使其在具(jù)有(yǒu)綫性(xìng)變化的磁(cí)場(cháng)中進行(háng)有規律的(dí)移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生(shēng)並(bìng)且(qiě)輸出與此規(guī)律(lǜ)性移(yí)動相對(duì)應的霍(huò)爾(ěr)電動(dòng)勢。但是，由於彈性薄膜，波爾登管(guǎn)等彈性元(yuán)件的彈(dàn)性位(wèi)移變(biàn)化範圍一(yī)般(bān)比較(jiào)小，僅能(néng)夠支持變化(huà)範(fàn)圍(wéi)比(bǐ)較微小的參數的檢測。同時(shí)，由(yóu)於(yú)當(dāng)我國在此方麵(miàn)的(dí)技術條件還不(bù)夠成熟(shú)。因(yīn)此，目霍爾(ěr)傳感器(qì)多(duō)用(yòng)於(yú)電(diàn)力儀表(biǎo)中(zhōng)油壓(yā)等微小壓力的測量(liáng)工作。
 
2.3對電(diàn)力儀(yí)表轉(zhuǎn)速的(dí)測量(liáng)
電(diàn)力儀表(biǎo)運(yùn)行時(shí)的轉速(sù)參數的(dí)測定(dìng)，需要霍爾(ěr)傳(chuán)感器按(àn)如下(xià)方(fāng)法實現(xiàn)：首先，將(jiāng)一(yī)個能夠獨(dú)立運行的圓盤(pán)裝置(zhì)置(zhì)於(yú)待(dài)測(cè)轉速的轉軸之中。同時，這個圓盤裝置(zhì)要(yào)盡可能(néng)的靠(kào)近(jìn)霍(huò)爾(ěr)傳感器裝置及其(qí)所(suǒ)處的磁場(cháng)運行(háng)係(xì)統中。在磁場係統(tǒng)運行過(guò)程中，圓盤裝置(zhì)會(huì)通(tōng)過自(zì)身(shēn)的(dí)轉動作(zuò)用(yòng)使其磁(cí)阻(zǔ)參(cān)數隨著氣(qì)隙的變化劇(jù)樣產(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的(dí)變化(huà)。霍(huò)爾(ěr)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)之所以能(néng)夠對電力(lì)儀(yí)表(biǎo)的轉速(sù)參(cān)數進行(háng)測量(liáng)，主(zhǔ)要(yào)通(tōng)過以下兩(liǎng)種(zhǒng)方(fāng)式(shì)實現：，在增設(shè)的嘲盤裝(zhuāng)置外部邊緣(yuán)粘貼’一(yī)個小(xiǎo)磁(cí)鋼裝置(zhì)，並將(jiāng)霍爾傳感(gǎn)器裝置(zhì)置(zhì)於其附近。在(zài)轉動圓盤(pán)裝(zhuāng)置的過程中(zhōng)，粘(nián)貼(tiē)的小磁(cí)鋼裝(zhuāng)置會轉(zhuǎn)動(dòng)到(dào)霍(huò)爾(ěr)傳感器(qì)附近(jìn)，並輸(shū)出相(xiāng)應的(dí)磁(cí)脈衝信號。第(dì)二，在(zài)增(zēng)設的(dí)圓(yuán)盤(pán)裝置背麵(miàn)粘貼一個小(xiǎo)磁鋼裝置，並(bìng)且同時接近(jìn)正在轉動(dòng)的齒(chǐ)輪(lún)裝置。在齒輪裝(zhuāng)置(zhì)轉動的(dí)過程中(zhōng)，會(huì)同時引(yǐn)發(fā)霍爾(ěr)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的(dí)磁感(gǎn)應狀(zhuàng)態(tài)，並輸出(chū)相(xiāng)應(yīng)的(dí)磁脈衝(chōng)信(xìn)號(hào)。以(yǐ)上(shàng)兩種(zhǒng)方(fāng)式(shì)輸(shū)出(chū)的脈(mài)衝信號(hào)，通過放大器裝置(zhì)對其進行(háng)二次整流和(hé)放大後(hòu)，可(kě)以實現(xiàn)對(duì)電力(lì)儀(yí)表(biǎo)轉速的(dí)測(cè)量工(gōng)作。
 
3安(ān)科(kē)瑞(ruì)霍(huò)爾傳(chuán)感器(qì)產(chǎn)品(pǐn)選(xuǎn)型(xíng)
3.1產品(pǐn)介(jiè)紹
霍爾(ěr)電流(liú)傳(chuán)感器主要適用(yòng)於交(jiāo)流(liú)，直流(liú)，脈衝等復(fù)雜(zá)信號的(dí)隔離轉換(huàn)，通(tōng)過霍(huò)爾(ěr)效應(yīng)原理使(shǐ)變(biàn)換後的信(xìn)號能夠(gòu)直接被(bèi)AD，DSP，PLC，二(èr)次(cì)儀表等(děng)各種(zhǒng)采(cǎi)集(jí)裝置直接(jiē)采(cǎi)集(jí)和接(jiē)受，響應時(shí)間(jiān)快，電流(liú)測(cè)量(liáng)範圍寬精度高，過載能(néng)力強，綫(xiàn)性好，抗(kàng)幹擾(rǎo)能力(lì)強。適用於電流監控及電池應用(yòng)，逆變電源及(jí)太陽能電源(yuán)管理係統(tǒng)，直流(liú)屏(píng)及(jí)直(zhí)流馬達驅動(dòng)，電(diàn)鍍，焊接(jiē)應(yīng)用(yòng)，變頻器(qì)，UPS伺服控製等係統電流信號采集和反饋(kuì)控製(zhì)。
 
3.2產品選(xuǎn)型(xíng)
3.2.1開口式(shì)開環(huán)霍爾電流傳感器

表(biǎo)1
 
 
3.2.2閉口(kǒu)式開(kāi)環霍爾(ěr)電流傳(chuán)感(gǎn)器

表2
 
3.2.3閉(bì)環(huán)霍(huò)爾(ěr)電(diàn)流傳感器
 

表3
3.2.4直(zhí)流漏(lòu)電流(liú)傳感器(qì)

表(biǎo)4
 
4結束語
綜上所述(shù)，霍(huò)爾傳感(gǎn)器作為(wéi)檢測的基(jī)本工具，能(néng)夠將被測(cè)非電(diàn)量參數轉(zhuǎn)化為(wéi)電(diàn)量參(cān)數，實(shí)現(xiàn)對不(bù)同(tóng)過程的(dí)控(kòng)製(zhì)。由於雀(què)爾(ěr)傳感(gǎn)器(qì)本(běn)身(shēn)具(jù)有高靈(líng)敏(mǐn)性(xìng)，高穩(wěn)定(dìng)性(xìng)，耐(nài)高(gāo)溫(wēn)，體(tǐ)積小(xiǎo)，抗(kàng)衝擊(jī)性等顯(xiǎn)著(zhù)點，不僅在汽(qì)車工業，自動化，信(xìn)息(xī)處理(lǐ)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而且對電(diàn)力儀表(biǎo)運行(háng)過(guò)程中電流，壓力，轉速等參數的(dí)測量也表現出良好(hǎo)的應(yīng)用(yòng)價值和(hé)潛(qián)在(zài)勢(shì)。因此，通(tōng)過本(běn)文對霍(huò)爾傳感(gǎn)器概況的(dí)分(fēn)析和(hé)在電力(lì)儀表領域(yù)的(dí)應用(yòng)分析，期(qī)望(wàng)能(néng)夠(gòu)為相關(guān)方麵的研(yán)究提供(gōng)參考(kǎo)，提(tí)高霍爾(ěr)傳感器的應用價(jià)值(zhí)。
 
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