霍爾式傳感器的工作原理

　　霍爾式傳感器在人們的生活中發揮了很大的作用，那么霍爾式傳感器的工作原理是什么呢?它是怎么實現剎量的呢?聚英電子來介紹一下霍爾式傳感器的工作原理，測量誤差補償是如何實現的。

　　霍爾式傳感器，利用半導體材料的霍爾效應進行刻星的一種磁敏式傳感器。它可以直接測隨磁場和做位移量，應用于電池測量、壓力、加速度、振動等方面的測量領域。目前霍爾傳感器已從分立元件發展到集成電路的階段，正越來越受人們的重視，應用日益廣泛。

　　一、電流與電壓

　　電荷可以激發電場，并對置于電場中的其他電荷產生電場力的作用，類似于地球周圍的重力場可以對人產生重力作用。電荷量越大，電場越強，相同距離間的電場力作用就越明顯，這個作用就是電壓。

　　也就是說，電壓越大，表明電場越強，對電荷的作用力就越大。又因為，導體中存在大量自由電子(負電荷)，所以，若給導體施加電壓，就相當于在導體內部施加了個強電場，在這個強電場的作用力下，導體內部的自由電子因受到力的作用發生定向移動，這就是電流。且電壓越大，電場越強，受到電場力發生移動的電荷(自由電子)就越多，電流就越大。換言之，電流一方面表明了電荷的定向移動，一方面又表示了移動的電荷量(單位時間通過導體截面的電荷量)。

　　另外，電場方向為電壓正極指向電壓負極，或者說，電場方向為正電荷指向負電荷。由于電荷之間同性相斥，異性相吸，若正電荷處于電場中，就會受到電場力從電壓正極跑向負極，這個跑向就是電流正方向，所以把電流從電壓正極流向負極的這種方向關系稱為關聯參考方向。

　　二、洛倫茲力

　　洛倫茲力屬于電磁力的一種。電磁力包括宏觀上的安培力以及微觀上的洛倫茲力。所謂電磁力，是指通電導體或運動電荷處于磁場中時，會受到磁場的作用力。因為通電導體本質是其內部電荷的定向移動，大量運動電荷，每個運動電荷都受到洛倫茲力的作用，在宏觀上就表現為導體所受到的安培力(各個洛倫茲力的合力)。

　　洛倫茲力的方向判斷用左手定則，磁力線從掌心穿過，四指指向正電荷的運動方向(即電流正方向)，拇指指向即為洛倫茲力方向，在這個力的作用下，正電荷的運動將發生偏轉。

　　若運動電荷帶負電，四指指向將相反(因為負電荷的運動方向與電流正方向相反)，根據左手定則，可以發現，同一磁場中，正、負電荷所受到的洛倫茲力方向相反。毫無疑問，磁場越強，運動電荷所受到的洛倫茲力就越大。

　　已知電壓電流與洛倫茲力的含義，那么我們對霍爾效應的理解就會顯得尤為簡單。

　　三、霍爾效應

　　霍爾效應由物理學家霍爾發現，簡單來說就是給半導體通電并將其置于磁場中，該半導體將會產生另一個電壓。給一半導體通電，將有電流流過，電流由自由電子定向移動形成。

　　將磁體靠近通電的半導體，此時半導體處于磁場中。顯然，半導體中定向移動的自由電子就會受到洛倫茲力的作用發生偏轉。根據左手定則，磁力線從上往下穿過半導體，電子運動方向為四指反方向，則拇指為電子偏轉方向。

　　另外，在半導體中，電荷除了自由電子外，還有失去電子的空穴(或者說離子，帶正電)，帶有等量異性電荷，分別處于半導體兩側。由于異性電荷分別聚集在半導體兩側，這就會在半導體內部形成內電場，即正負電荷之間的空間存在電場。

　　電場的建立，相當于有了電壓的存在，此時用電壓表測半導體兩側，必然會有具體電壓值，這個電壓被稱為霍爾電壓或霍爾電勢差。

　　結合上文所言的洛倫茲力，磁場越強，所能束縛的運動電荷就越多，那么半導體兩側聚集的異性電荷就越多，所建立的內電場就越強，即兩側的電壓越大。

　　霍爾式傳感器的常見的產生誤差的因素有:半號體本身應有的特性、半導體制造工藝水平、環境溫度變化、霍爾傳感器的安裝是否合理等，測量誤差一般表現為零誤差和溫度誤差。

　　零位誤差及其補償

　　當霍爾元件的激勵電流不再為零時，若所處位置的磁感應強度為零。則霍爾電勢仍應為零，但實際中若不為零，則此時空載的霍爾電勢稱為零位誤差。

　　溫度誤差及補償

　　由于半導體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度都隨溫度而變化，用此材料制成的霍爾元件的性能參數必然隨溫度而變化，致使霍爾電勢變化，產生溫度誤差。

　　為了減小溫度誤差，除選用溫度系數0較小的材料，還可以來取一些恒溫措施?；蛘卟捎煤懔髟椿蚝銐涸磁浜涎a償電阻供電，這樣可以減小元件內阻隨溫度變化而引起的控制電流變化。