霍爾元件是一種基於(yu) 霍爾效應的磁傳(chuan) 感器，已發展成一個(ge) 品種多樣的磁傳(chuan) 感器產(chan) 品族，並已得到廣泛的應用。本文主要詳細介紹一下關(guan) 於(yu) 霍爾元件的應用實例方麵的內(nei) 容。

　　霍爾器件是一種磁傳(chuan) 感器。用它們(men) 可以檢測磁場及其變化，可在各種與(yu) 磁場有關(guan) 的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應為(wei) 其工作基礎。

　　霍爾器件具有許多優(you) 點，它們(men) 的結構牢固，體(ti) 積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油汙、水汽及鹽霧等的汙染或腐蝕。

　　霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guan) 器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重複精度高（可達μm級）。取用了各種補償(chang) 和保護措施的霍爾器件的工作溫度範圍寬，可達－55℃～150℃。

　　按照霍爾器件的功能可將它們(men) 分為(wei) ： 霍爾線性器件 和 霍爾開關(guan) 器件 。前者輸出模擬量，後者輸出數字量。

　　按被檢測的對象的性質可將它們(men) 的應用分為(wei) ：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，後者是檢測受檢對象上人為(wei) 設置的磁場，用這個(ge) 磁場來作被檢測的信息的載體(ti) ，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控製。

　　

　　霍爾元件的應用舉例

　　1、檢測磁場

　　用霍爾線性器件作探頭，測量10－6T～10T的交變和恒定磁場，已有許多商品儀(yi) 器。這裏，僅(jin) 介紹一種用經過校準的UGN3503或A3515型霍爾線性電路來檢測磁場的磁感應強度的簡便方法。電路出廠時，工廠可提供每塊電路的校準曲線和靈敏度係數。測量時，將電路第一腳（麵對標誌麵從(cong) 左到右數）接電源，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗（》10kΩ）電壓表，通電後，將電路放入被測磁場中，讓磁力線垂直於(yu) 電路表麵，讀出電壓表的數值，即可從(cong) 校準曲線上查得相應的磁感應強度值。使用前，將器件通電一分鍾，使之達到穩定。

　　用靈敏度係數計算被測磁場的B值時，可用

　　B=［Vout（B）－Vout（o）］1000/S

　　式中，Vout（B）=加上被測磁場時的電壓讀數，單位為(wei) V，Vout（o）=未加被測磁場時的電壓讀數，單位為(wei) V，S=靈敏度係數，單位為(wei) mV/G（高斯），B=被測磁場的磁感應強度，單位為(wei) G。

　　2、檢測鐵磁物體(ti)

　　在霍爾線性電路背麵偏置一個(ge) 永磁體(ti) ，如圖11所示。圖11（a）表示檢測鐵磁物體(ti) 的缺口，圖11（b）表示檢測齒輪的齒。它們(men) 的電路接法見圖12，（a）為(wei) 檢測齒輪，（b）為(wei) 檢測缺口。用這種方法可以檢測齒輪的轉速。

　　

　　3、用在直流無刷電機中

　　直流無刷電機使用永磁轉子，在定子的適當位置放置所需數量的霍爾器件，它們(men) 的輸出和相應的定子繞組的供電電路相連。當轉子經過霍爾器件附近時，永磁轉子的磁場令已通電的霍爾器件輸出一個(ge) 電壓使定子繞組供電電路導通，給相應的定子繞組供電，產(chan) 生和轉子磁場極性相同的磁場，推斥轉子繼續轉動。到下一位置，前一位置的霍爾器件停止工作，下位的霍爾器件導通，使下一繞組通電，產(chan) 生推斥場使轉子繼續轉動。如此循環，維持電機的工作。其工作原理示於(yu) 圖13。

　　在這裏，霍爾器件起位置傳(chuan) 感器的作用，檢測轉子磁極的位置，它的輸出使定子繞組供電電路通斷，又起開關(guan) 作用，當轉子磁極離去時，令上一個(ge) 霍爾器件停止工作，下一個(ge) 器件開始工作，使轉子磁極總是麵對推斥磁場，霍爾器件又起定子電流的換向作用。

　　無刷電機中的霍爾器件，既可使用霍爾元件，也可使用霍爾開關(guan) 電路。使用霍爾元件時，一般要外接放大電路，如圖14所示，使用霍爾開關(guan) 電路，可直接驅動電機繞組，使線路大為(wei) 簡化，如圖15所示。

　　

　　

　　

　　鐵磁材料受到磁場激勵時，因其導磁率高，磁阻小，磁力線都集中在材料內(nei) 部。若材料均勻，磁力線分布也均勻。如果材料中有缺陷，如小孔、裂紋等，在缺陷處，磁力線會(hui) 發生彎曲，使局部磁場發生畸變。用霍爾探頭檢出這種畸變，經過數據處理，可辨別出缺陷的位置，性質（孔或裂紋）和大小（如深度、寬度等），圖16示出兩(liang) 種用於(yu) 無損探傷(shang) 的探頭結構。（b）檢測線材用

　　

　　4、磁記錄信息讀出

　　用霍爾元件製成的磁讀頭，如圖17所示，將寫(xie) 頭和讀頭裝在同一外殼裏，采用長1mm，寬0.2mm，厚1.4μm的InSb霍爾元件，其信噪比比普通磁頭高3db～5db，由於(yu) 寫(xie) 頭和讀頭間的間距很小，僅(jin) 2.6mm，故可用一讀頭去監視幾分之一秒之前錄頭錄下的信息。

　　

　　霍爾讀頭的輸出僅(jin) 由記錄信息的磁感應強度來決(jue) 定，即使頻率到零，輸出仍然恒定，且因讀頭無電感，故可獲得優(you) 異的瞬態響應。它的靈敏度隨溫度的變化也很小，約為(wei) 0.01db/℃。采用適當的前置放大電路，可在0℃～50℃範圍內(nei) 保持±0.5db。

　　由於(yu) 霍爾磁讀頭具備這些優(you) 點，因而在計算機中得到很重要的應用。特別在高密度垂直記錄的磁盤的信息讀出中，更能顯示其優(you) 越性。專(zhuan) 家預言，今後十年，霍爾讀頭很可能會(hui) 占去磁阻頭的部分市場。

　　5、霍爾接近傳(chuan) 感器和接近開關(guan)

　　在霍爾器件背後偏置一塊永久磁體(ti) ，並將它們(men) 和相應的處理電路裝在一個(ge) 殼體(ti) 內(nei) ，做成一個(ge) 探頭，將霍爾器件的輸入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來，構成如圖18所示的接近傳(chuan) 感器。它們(men) 的功能框見圖19。（a）為(wei) 霍爾線性接近傳(chuan) 感器，（b）為(wei) 霍爾接近開關(guan) 。

　　

　　

　　霍爾線性接近傳(chuan) 感器主要用於(yu) 黑色金屬的自控計數，黑色金屬的厚度檢測、距離檢測、齒輪數齒、轉速檢測、測速調速、缺口傳(chuan) 感、張力檢測、棉條均勻檢測、電磁量檢測、角度檢測等。

　　霍爾接近開關(guan) 主要用於(yu) 各種自動控製裝置，完成所需的位置控製，加工尺寸控製、自動計數、各種計數、各種流程的自動銜接、液位控製、轉速檢測等等。3.2.7霍爾翼片開關(guan) 霍爾翼片開關(guan) 就是利用遮斷工作方式的一種產(chan) 品，它的外形如圖20所示，其內(nei) 部結構及工作原理示於(yu) 圖21。

　　

　　

　　翼片未進入工作氣隙時，霍爾開關(guan) 電路處於(yu) 導通態。翼片進入後，遮斷磁力線，使開關(guan) 變成截止態，它的狀態轉變的位置非常精確，在125℃的溫度範圍內(nei) 位置重複精度可達50nm。將齒輪形翼片和軸相連，用在汽車點火器中作為(wei) 點火開關(guan) ，可得到準確的點火時間，使汽缸中的汽油充分燃燒，既可節約燃料，又能降低車輛排放的尾氣的汙染，已在桑塔那，克萊斯勒等許多名車中使用。將它們(men) 用在工業(ye) 自動控製係統中，可作為(wei) 轉速傳(chuan) 感器、位置開關(guan) 、限位開關(guan) 、軸編碼器、碼盤掃描器等。

　　8、霍爾齒輪傳(chuan) 感器

　　用2.2.2.3中介紹的差動霍爾電路製成的霍爾齒輪傳(chuan) 感器，如圖22所示，新一代的霍爾齒輪轉速傳(chuan) 感器，廣泛用於(yu) 新一代的汽車智能發動機，作為(wei) 點火定時用的速度傳(chuan) 感器，用於(yu) ABS（汽車防抱死製動係統）作為(wei) 車速傳(chuan) 感器等。

　　在ABS中，速度傳(chuan) 感器是十分重要的部件。ABS的工作原理示意圖如圖23所示。圖中，1是車速齒輪傳(chuan) 感器；2是壓力調節器；3是控製器。在製動過程中，控製器3不斷接收來自車速齒輪傳(chuan) 感器1和車輪轉速相對應的脈衝(chong) 信號並進行處理，得到車輛的滑移率和減速信號，按其控製邏輯及時準確地向製動壓力調節器2發出指令，調節器及時準確地作出響應，使製動氣室執行充氣、保持或放氣指令，調節製動器的製動壓力，以防止車輪抱死，達到抗側(ce) 滑、甩尾，提高製動安全及製動過程中的可駕馭性。在這個(ge) 係統中，霍爾傳(chuan) 感器作為(wei) 車輪轉速傳(chuan) 感器，是製動過程中的實時速度采集器，是ABS中的關(guan) 鍵部件之一。

　　在汽車的新一代智能發動機中，用霍爾齒輪傳(chuan) 感器來檢測曲軸位置和活塞在汽缸中的運動速度，以提供更準確的點火時間，其作用是別的速度傳(chuan) 感器難以代替的，它具有如下許多新的優(you) 點。

　　（1）相位精度高，可滿足0.4°曲軸角的要求，不需采用相位補償(chang) 。

　　（2）可滿足0.05度曲軸角的熄火檢測要求。

　　（3）輸出為(wei) 矩形波，幅度與(yu) 車輛轉速無關(guan) 。在電子控製單元中作進一步的傳(chuan) 感器信號調整時，會(hui) 降低成本。用齒輪傳(chuan) 感器，除可檢測轉速外，還可測出角度、角速度、流量、流速、旋轉方向等等。