霍尔传感器的原理是什么?有哪些应用?有什么优缺点?

成都的冬天是不是来了,昨天竟开始变得有点小冷了。

估计米亚罗的红叶又开始“泛滥”了。

但是我哪里也不去,呆在家里写日记。

本来我是想接着上一篇,再写一下直流电机,还有伺服电机的。

但是,我在看直流电机文档时,发现需要先理解霍尔传感器。

所以今天还是先说下霍尔传感器的原理。

这篇日记不长,读起来也很轻松。

花5分钟时间,我们来了解一下霍尔传感器。

开始吧。

1.霍尔传感器的原理

说起霍尔传感器,其实它的基本原理,还得从我们中学时学过的洛伦兹力说起。

霍尔传感器的原理,公众号:罗罗日记

霍尔传感器的原理

左图:电子受到的洛伦兹力向右。右图,霍尔感应:薄板左右两侧因电势差,形成电压,称为霍尔感应电压。

我们知道,电子在磁场中运动时,会受到洛伦兹力(Lorentz force)的作用。

如上,我们先看左边这幅图,当电子向上运动时,其产生的电流向下。

好了,我们使用左手定则,让磁场B的磁感线(射入屏幕)穿入手心,也就是手心向外,并用四指指向电流方向,也就是四指向下,那么,大拇指的方向就是电子的受力方向。

在这幅图中,电子受力向右。

所以在外磁场的作用下,薄板中的电荷会向一侧倾斜。

在上面的例子中,电子向右侧倾斜,那么就会在左右两边形成电势差。

如右图,如果用电压表接在左右两侧,那么会检测到电压。

这就是霍尔感应的基本原理。

检测到的电压叫霍尔感应电压。

如果取走外磁场,那么霍尔电压消失。

如果用形象的图来表示,霍尔感应就像下面这张图。

i表示电流方向,Bi表示电流方向,B表示外磁场方向,V表示霍尔电压,盒子中的小圆点可以看作是电子。

当然,实际的霍尔传感器,其实很小。

下面是一个霍尔传感器的内部结构。

霍尔传感器工作示意图

外部旋转磁场经过传感器,产生周期变化的信号,再通过传感器内部电路处理,输出数字信号,或者模拟信号。

其核心就是感应外部磁场(输入),产生电压(输出)。

这就是霍尔传感器的工作原理。

是不是很简单。

2.霍尔传感器的分类

按照输出量是数字量还是模拟量,霍尔传感器分为数字式和模拟式两种。

根据激活和关闭工作特性,霍尔传感器又分为单极式和双极式两种。

数字式霍尔传感器电路图

数字式霍尔传感器输出量

模拟式霍尔传感器电路图

模拟式霍尔传感器输出量

双极式霍尔传感器:分别用磁铁的两极来触发和释放霍尔传感器

单极式霍尔传感器:仅用磁铁的S极来触发和释放霍尔传感器

3.霍尔传感器的应用

上面,我们对霍尔传感器的原理和基本类型有了大体的认识。

那么,接下来,我们看看霍尔传感器有哪些应用。

当然,首先就是用在直流无刷电机上。

示意图如下,具体工作原理我们下一篇再讲,这里不过多解释。

霍尔传感器在无刷直流电机中的应用:霍尔传感器感应转子的位置,然后告诉控制器怎么改变线圈通电次序。

用作近传感器

探测纸的存在

作为互锁感应

作为速度传感器

当然,实际上,霍尔传感器还有更多的应用,以上只是部分例子(大部分例子来自Honeywell)。

到这里,我们说了霍尔传感器的一些应用。

那么霍尔传感器有什么优缺点呢?

4.霍尔传感器的优缺点

因为是利用磁感原理,所以霍尔传感器有如下的优点:

(1)可用于探测多种物理量,例如位置感应,速度以及运动方向的感应。

(2)因为是固态设备,而且没有活动部件,所以不会出现摩擦及磨损,理论上有无限寿命。

(3)稳固,高重复性,几乎免维护。

(4)不受振动,灰尘和水的影响。

(5)可应用于高速测量,例如大于100KHz,而电容和电感式传感器在如此高速应用时,输出信号就会变得扭曲。

(6)低成本。

(7)体积小,可用于表面贴装。

当然,也正因为如此,它也有一些缺点:

(1)线性霍尔传感器,测量距离受限。

(2)因为利用磁性,所以外部磁场可能会影响测量值。

(3)因为高温会影响导体电阻,反过来,会影响载流子的迁移率和霍尔传感器的灵敏度。

好了,让我们回顾一下,今天说了哪些东西。

霍尔传感器的原理,霍尔传感器的分类,霍尔传感器的应用,霍尔传感器的优缺点。

差不多了,今天就到这里吧。

如果本文对你有用,留言,点击好看,点赞都可以,鼓励我一下。

如果你有什么想补充的,想对罗罗说的,都可以在留言区留言,我看到后会一一回复。

对了,不要太想我,我们下一篇直流电机的工作原理再见。

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