集成霍爾傳感器及應(yīng)用

;; ;;; 集成霍爾傳感器利用硅集成電路工藝將霍爾元器件與測量電路集成在一起，實(shí)現(xiàn)了材料、元器件、電路三位一體，有開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性型霍爾傳感器兩種，如圖6-71所示。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;; 開關(guān)型集成霍爾傳感器內(nèi)部集成有霍爾元器件和信號調(diào)理電路。在外部磁場的作用下，霍爾元器件產(chǎn)生霍爾電壓，經(jīng)放大整形后輸出隨磁場變化的方波信號，因此傳感器的輸出實(shí)際上是高、低電平，對應(yīng)磁場的有無，使用方便簡單，可用來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量和位置的檢測。
;;; 還有一類霍爾傳感器是霍爾電流傳感器，主要應(yīng)用霍爾原理來測量電流參量，在電力電子、交流變頻調(diào)速、逆變裝置及開關(guān)電源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。;;; 1．轉(zhuǎn)速測量
;;; 轉(zhuǎn)速計(jì)原理如圖6-72 (a)所示，磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，將霍爾元器件移至旋轉(zhuǎn)盤下邊，讓轉(zhuǎn)盤上小磁鐵形成的磁力線垂直穿過霍爾元器件。當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)盤上的霍爾傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖電壓。用頻率計(jì)測量這些脈沖，檢測出單位時間內(nèi)脈沖電壓的個數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)覡轉(zhuǎn)速的檢測。轉(zhuǎn)盤上磁鐵數(shù)越多，傳感器測速的分辨率就越高。;;;;;;;; 設(shè)頻率計(jì)的頻率為，小磁鐵數(shù)量為Z，則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; n=60*f/Z (r/min);;;;;;;;;; (6-37)
;;; 轉(zhuǎn)速測量電路如圖6-72 (b)所示，該電路采用霍爾IC UGN3040檢測磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)。UGN3040是集電極開路元器件，外接上拉電阻。當(dāng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，霍爾IC的輸出也隨之變化，召點(diǎn)是經(jīng)過三極管反相后的輸出。將其輸出端接到數(shù)字式頻率計(jì)的輸入端，即可根據(jù)相應(yīng)的情況計(jì)算出被測機(jī)械的轉(zhuǎn)速。
;;; 開關(guān)型集成霍爾傳感器還可選用UGN-3020、UGN-3030型，其電源電壓為4.5～25V。對磁感應(yīng)強(qiáng)度曰的大小要求不嚴(yán)格，當(dāng)電源電壓為12V時，其輸出截止電壓的幅值UO≤12V。亦可選用國產(chǎn)CS837、CS6837型，其電源電壓為10V；CS839、CS6839型的電源電壓為18V。但應(yīng)注意的是，CS型開關(guān)集成霍爾傳感器為雙端輸出，也屬于集電極開路輸出級。不管是單端輸出還是雙端輸出，電源和集電極間必須接上負(fù)載電阻才能正常工作。;;; 2．位移測量
;;; 在兩個極性相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的磁鋼氣隙中，放置一個霍爾元器件，保持霍爾元器件的控制電流恒定，而使霍爾元器件在一個均勻的梯度磁場中沿著x方向穆動，如圖6-73所示。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;; 若控制電流川亙定不變，霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，則磁場在一定范圍內(nèi)沿著x方向的變化dB/dx為常數(shù)。因此，元器件沿x方向移動時，霍爾電壓的變化為
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; dUH/dx=KHI*dB/dx=K;;;;;; (6-38)
式中，K為位移傳感器輸出靈敏度。對式(6-38)積分得
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; UH =K·x;;;;;;;;;;;;;; (6-39)
;;; 式(6-39)表明霍爾電壓與位移成正比，電壓的極性表示了元器件位移的方向。這種位移傳感器可用來測量1～2mm的小位移，并且慣性小、響應(yīng)速度快。利用這種位移與電壓的轉(zhuǎn)換關(guān)系，還可以用來測量力、壓力、壓差、液位、流量等。
;;; 集成金屬傳感器包括兩種類型：電感式接近開關(guān)和電容式接近開關(guān)。傳感器內(nèi)部都集成

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