在各種傳感技術(shù)中,常用和廣泛的檢測磁場的方法是霍爾效應(yīng)法。基于霍爾效應(yīng),在各種應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了許多霍爾效應(yīng)傳感器或換能器,它們常用于感測接近度、速度、電流和位置。
這是因為可以在集成電路上構(gòu)建霍爾傳感器NJK-5002C,并在同一硅芯片上使用輔助信號處理電路。由于體積小、堅固耐用、易于使用和成本集成等優(yōu)點,霍爾傳感器是許多磁測量應(yīng)用的選擇。
使用這些霍爾傳感器NJK-5002C的一些應(yīng)用領(lǐng)域包括在工業(yè)控制中用作編碼器、速度傳感器和行程終點傳感器;在計算機中用作磁盤驅(qū)動器索引傳感器和無刷風(fēng)扇的換向;在汽車中用作防抱死制動系統(tǒng)(ABS)和點火正時,在消費設(shè)備中用作運動器材等。
霍爾效應(yīng)是指放置在磁場中的載流導(dǎo)體的相對邊緣產(chǎn)生電壓。當(dāng)電流通過放置在磁場中的導(dǎo)體時,導(dǎo)體上會在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生電位差,其大小與電流和磁場成正比,這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng),它是許多磁場測量儀器和設(shè)備的基礎(chǔ)。
這里考慮一個簡單的設(shè)置來說明如下所示的霍爾效應(yīng)。導(dǎo)電材料或極板由電池供電,電流(I)流過它。電壓表的一對探頭連接到板的側(cè)面,使得在沒有磁場的情況下測量的電壓為零。
當(dāng)向極板上施加磁場使其與電流成直角時,導(dǎo)體中的電流分布會出現(xiàn)一個小電壓。該力作用在電流上并將電流聚集到導(dǎo)線或?qū)w的一側(cè),從而在導(dǎo)體上產(chǎn)生電位差。如果磁場的極性反轉(zhuǎn),則感應(yīng)電壓也會反轉(zhuǎn)穿過極板。這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。
霍爾效應(yīng)是基于外部磁場和移動電荷載流子之間的相互作用,通過磁場作用在移動電子上的側(cè)向力為:F=qvB。
其中B是磁通量密度,v是電子的速度,q是電子電荷。正式由于其中磁場使電荷的運動偏轉(zhuǎn)。將扁平導(dǎo)電條放置在磁場中,并將導(dǎo)電條的左右兩側(cè)的附加觸點連接到電壓表。
導(dǎo)電條的下端和上端連接到電源,由于磁通量的存在,移動的電子在偏轉(zhuǎn)力的作用下向帶的右側(cè)移動。這導(dǎo)致右側(cè)比左側(cè)更負,因此存在電位差。
該電壓稱為霍爾電壓,其大小和方向取決于電流和磁場的大小和方向?;魻栯妷簽橛嬎愎綖椋?/span>
VH=HIBsinα
其中H是整體靈敏度系數(shù),它取決于板材料、溫度及其幾何形狀,α是磁場矢量和霍爾板之間的角度,I是電流密度。另外,整體靈敏度取決于霍爾系數(shù),霍爾系數(shù)是每單位電流密度每單位磁場強度的橫向電勢梯度。因此,霍爾系數(shù)給出為:
H=1/Ncq
其中c是光速,N是每單位體積的電子數(shù)。