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1、華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術第4章 常用傳感器4.7.2 霍爾傳感器霍爾傳感器半導體傳感器半導體傳感器半導體材料的一個重要特性是對光、熱、力、磁、氣體、濕度等理化量的敏感性。利用半導體材 料的這些特性使其成為非電量電測的轉換元件，是 近代半導體技術應用的一個重要方面。半導體傳感器是半導體材料的一個重要特性是對光、熱、力、磁、氣體、濕度等理化量的敏感性。利用半導體材 料的這些特性使其成為非電量電測的轉換元件，是 近代半導體技術應用的一個重要方面。半導體傳感器是物性型傳感器物性型傳感器，具有許多明顯的，具有許多明顯的 優(yōu)點優(yōu)點：結構簡單、體積小、重量輕的器件結構簡單、體

2、積小、重量輕的器件；功耗低、安全可靠、壽命長功耗低、安全可靠、壽命長；對被測量敏感、響應快；易于實現(xiàn)集成化。對被測量敏感、響應快；易于實現(xiàn)集成化。缺點缺點：輸出特性一般是非線性的輸出特性一般是非線性的，常常需要采用線性化電路常常需要采用線性化電路；受溫度影響大，往往需要采用溫度補償措施受溫度影響大，往往需要采用溫度補償措施；其性能參數(shù)分散性較大。其性能參數(shù)分散性較大。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術HBsiniBVK 金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過 時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過 時，在垂直

3、于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應霍爾效應。4.7.2 霍爾元件霍爾元件磁敏傳感器利用半導體材料的磁敏特性利用半導體材料的磁敏特性霍爾效應霍爾效應的產生是 由于運動電荷受到磁 場中的產生是 由于運動電荷受到磁 場中洛倫茲力洛倫茲力作用的結果，相應的電動勢稱為作用的結果，相應的電動勢稱為霍爾電勢霍爾電勢。左手定則左手定則華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術霍爾元件由霍爾片、四根引 線和殼體組成，如圖示?；魻栐苫魻柶?、四根引 線和殼體組成，如圖示。磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技

4、大學機械學院機械工程測試技術測轉角：測轉角：磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術電流傳感器電流傳感器當電流流過導線時，將在導線周圍產生磁場，磁場大小與流過導線的電流大小成正比，這一磁場 可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢 測。當電流流過導線時，將在導線周圍產生磁場，磁場大小與流過導線的電流大小成正比，這一磁場 可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢 測。磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術案例案例1：鐵磁材料裂紋檢測鐵磁材料裂紋檢測NS磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術案例案例2：鐵磁材

5、料裂紋檢測鐵磁材料裂紋檢測磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術案例3：案例3：汽車速度測量:汽車速度測量:磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術2.磁電阻元件2.磁電阻元件 利用半導體材料的利用半導體材料的磁阻效應磁阻效應霍爾元件處于外磁場中時，會產生載流子的偏移，故使其傳導電流分布不均，表現(xiàn)為傳導電流方向的電 阻也不一致。當霍爾元件處于外磁場中時，會產生載流子的偏移，故使其傳導電流分布不均，表現(xiàn)為傳導電流方向的電 阻也不一致。當改變磁場的強弱就會影響電流密度的 分布，半導體片的電阻變化可反映這一狀態(tài)。改變磁場的強弱就會影響電流密度的

6、分布，半導體片的電阻變化可反映這一狀態(tài)。半導體 片的電阻與外加磁場半導體 片的電阻與外加磁場B和霍爾常數(shù)和霍爾常數(shù)kB 有關，這種特性 稱為有關，這種特性 稱為磁阻效應磁阻效應。特點：特點：電阻的增量與磁場的平方成正比；電阻的增量與磁場的平方成正比；與磁場的正負無關；與磁場的正負無關；溫度系數(shù)影響大；溫度系數(shù)影響大；磁感應的范圍比霍爾元件大。磁感應的范圍比霍爾元件大。磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術應用：應用：磁阻元件可用于位移、力、加速度等參數(shù)測量。磁阻元件可用于位移、力、加速度等參數(shù)測量。例如：磁頭、接近開關、無觸點開關等例如：磁頭、接近開關、無觸點開關等磁敏傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院機械工程測試技術案例案例4：轉速測量轉速測量磁敏傳感器End