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。
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对了,不要太想我,我们下一篇直流电机的工作原理再见。