霍爾傳感器是利用半導體材料,它是根據霍爾效應制作的一種傳感器,這個霍爾其實是一個人名,他是一位美國的物理學家,他早在一百多年前的1879年就通過很多次實驗發現了在一個金屬薄片上通過一個恒定的電流,然后把這個薄片再放到磁場中,這時候他發現在金屬的另外兩側就會出現電壓,這個電壓是與磁場有關系的,當磁場強時,這個電壓就高,當磁場弱時,這個電壓就低,當時由于技術的限制,還沒有發現類似硅半導體這種材料,因此使用金屬來獲得的電壓都比較小,直到上個世紀40年代末,硅半導體的出現,霍爾效應才逐漸進入到實際應用領域。
霍爾電流傳感器后來人們為了紀念霍爾在這方面做出的貢獻,因此用他的名字來命名這種傳感器,現在人們大都采用半導體作為霍爾傳感器的材料,當我們給它通入電流時,在與電流和磁場都垂直的方向上就會產生電壓,我們把這種現象叫霍爾效應,我們把這種利用霍爾效應制作的傳感器稱為霍爾傳感器。
我們以半導體霍爾元件為例來說明它的工作過程,我們給半導體霍爾元件通入電流I,然后把這個半導體薄片放在以磁場強度為B的磁場中,這時半導體內的電子將受到一種磁力F的作用就會向內側移動,因此在內側就堆積了很多電子,隨著電子堆積的越來越多,此時就會形成一種電場,當電子既受到磁霍爾電流傳感器場力的作用,又受到電場力的作用,如果此時兩種力達到了一種平衡時,那么電子的堆積也就達到了一種動態平衡,這時候就建立起一種電壓,我們把這種電壓叫霍爾電動勢,一般用Eh表示,那么霍爾電動勢Eh可用Eh=KIB來表示,從這個式子可以看到,這個K是霍爾元件的靈敏度,這個I和B分別表示通入的電流和所在的磁場強度,因此我們知道,在通入電流一定的情況下,磁場強度越強,那么所感應的霍爾電動勢就越大。
在多種非接觸測量電流的方法中,基于霍爾原理測量電流是一種的方法,其原理是在聚磁環的氣隙中插入一個檢磁元件(霍爾元件),有外霍爾電流傳感器界磁場時,通過聚磁環,霍爾元件可感測到磁場,并產生電壓,該電壓稱為霍爾電壓,可用于直接輸出或者反饋控制,由此結構可知,被測電流的電纜,靠近霍爾元件或原理霍爾元件的時候,會產生比較明顯的磁場變化,從而導致位置誤差的產生。
為了減小這種誤差,通常可以采用多霍爾多氣息對稱排布的方法解決,但不管采用怎樣的方式,都無法從根本上消除位置誤差,因為霍爾元件的數量不能無限增多,這也就是霍爾傳感器的使用說明中通常會要求用戶在測量電流時,將被測電流排(電纜)盡量居中在穿孔部位的原因,有時為了杜絕位置誤差的影響,可以采用內置電流排的方式。
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