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(cè)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(kāi)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(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器內(nèi)部集成有霍爾元器件和信號(hào)調(diào)理電路。在外部磁場(chǎng)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(chǎng)變化的方波信號(hào)，因此傳感器的輸出實(shí)際上是高、低電平，對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)的有無(wú)，使用方便簡(jiǎn)單，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測(cè)量和位置的檢測(cè)。
;;; 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(lái)測(cè)量電流參量，在電力電子、交流變頻調(diào)速、逆變裝置及開(kāi)關(guān)電源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。;;; 1．轉(zhuǎn)速測(cè)量
;;; 轉(zhuǎn)速計(jì)原理如圖6-72 (a)所示，磁性轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連，將霍爾元器件移至旋轉(zhuǎn)盤(pán)下邊，讓轉(zhuǎn)盤(pán)上小磁鐵形成的磁力線垂直穿過(guò)霍爾元器件。當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤(pán)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖電壓。用頻率計(jì)測(cè)量這些脈沖，檢測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)脈沖電壓的個(gè)數(shù)，便可知被測(cè)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)覡轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。轉(zhuǎn)盤(pán)上磁鐵數(shù)越多，傳感器測(cè)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(cè)量電路如圖6-72 (b)所示，該電路采用霍爾IC UGN3040檢測(cè)磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)。UGN3040是集電極開(kāi)路元器件，外接上拉電阻。當(dāng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾IC的輸出也隨之變化，召點(diǎn)是經(jīng)過(guò)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(cè)機(jī)械的轉(zhuǎn)速。
;;; 開(kāi)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(duì)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(shí)，其輸出截止電壓的幅值UO≤12V。亦可選用國(guó)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(kāi)關(guān)集成霍爾傳感器為雙端輸出，也屬于集電極開(kāi)路輸出級(jí)。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(cè)量
;;; 在兩個(gè)極性相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的磁鋼氣隙中，放置一個(gè)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(gè)均勻的梯度磁場(chǎng)中沿著x方向穆動(dòng)，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(chǎng)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(dòng)時(shí)，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(duì)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(lái)測(cè)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(lái)測(cè)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(kāi)關(guān)和電容式接近開(kāi)關(guān)。傳感器內(nèi)部都集成

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