霍尔压力传感器的工作原理与结构

有关霍尔压力传感器的工作原理与结构，霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器，脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的，霍尔元件为四端元件，两端用于输入激励电流，两端用于输出霍尔电动势。

霍尔压力传感器是基于某些半导体材料的霍尔效应制成的。当磁场为一交变磁场时，霍尔电动势也为同频率的交变电动势，建立霍尔电动势的时间极短，一般只要10-12~10-4S，故其响应频率高，可达100MHz。

霍尔元件为四端元件，两端用于输入激励电流，两端用于输出霍尔电动势。

理想霍尔元件的材料要求要有较高的电阻率及载流子迁移率，以便获得较大的霍尔电动势。

常用霍尔元件的材料大都是半导体，包括N型硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟InAs)、锗(Ge)、砷化镓GaAs)及多层半导体质结构材料，N型硅的霍尔系数、温度稳定性和线性度均较好，砷化镓温漂小，目前应用。

对于一定的霍尔片，其霍尔电势VH仅与B和I有关。图4-8中两对磁极所形成的磁感应强度的分布如图4-10所示，是线性非均匀磁场.霖尔片处于图示的磁场中，并且通过粗尔片的电流I恒定(为常数)，当弹簧管自由端的报尔片处在磁场中不同位置时，由于受到的磁感应强度B不同，即可得到与弹簧管自由端位移成比例的霍尔电势的大小，这样就实现了位移一电势的线性转换。

当霍尔片的几何中心处于两对极靴的中央位置时，山于霍尔片两半所通过的磁通方向相反.量值相同，故此时霍尔片输出总电势VH为零。

当给弹簧管通入压力后，弹簧管的自由端带动霍尔片偏离其平衡位置，这时霍尔片两半各自通过的磁通不同，导致各自的霍尔电势不同.故霍尔片输出的总电势也不为零.从而实现了爪力一位移- 电势的转换。

由于霍尔片对温度变化很敏感，需要采取温度补偿措施，以消弱温度变化对传感器输出特性的影响。霍尔片外加直流电源应具有恒流特性，以保证通过霍尔片的电流I为恒定值.

1、霍尔压力传感器的工作原理

在使用的霍尔式压力传感器中，均采用恒定电流I，而使B的大小随被测压力户变化达到转换目的。

1)压力一霍尔片位移转换将霍尔片固定在弹簧管自由端.当被测压力作用于弹黄管时，把压力转换成霍尔片线性位移。

2)非均匀线性磁场的产生为了达到不同的霖尔片位移，施加在霍尔片的磁感应强度 B不同，又保证霍尔片位移一磁感应强度B线性转换，就需要一个非均匀线性磁场。非均匀线性磁场是靠极靴的特殊几何形状形成的，如图2-12所示。

3)霍尔片位移-霍尔电势转换

由图2-12可知，当霍尔片处于两对极靴间的中央平衡位置时，由于霍尔片左右两半所通过的磁通方向相反、大小相等，互相对称，故在霍尔片左右两半上产生的霖尔电势也大小相等、极性相反。

因此，从整块霍尔片两端导出的总电势为零，当有压力作用，则翟尔片偏离极靴间的中央平衡位置。橄尔片两半所产生的两个极性相反的电势大小不相等，从整块霍尔片导出的总电势不为零.压力越大，输出电势越大.沿霍尔片偏离方向上的磁感应强度的分布呈线性状态，故霍尔片两端引出的电势与报尔片的位移成线性关系.即实现了霍尔片位移和报尔电势的线性转换。

2、霍尔式压力传感器的结构

常见的霖尔式压力传感器有YSH-1型和YSH-3型两种。图2-13所示为YSH-3型压力传感器结构示意图。

被测压力由弹赞管1的固定端引入，弹赞管自由端与霍尔片3相连接，在霍尔片的上下垂直安放着两对磁极，使狱尔片处于两对磁极所形成的非均匀线性磁场中，霍尔片的四个端面引出四根导线，其中与磁钢2相平行的两根导线与直流稳压电源相连接，另两根用来输出信号。当被测压力引入后，弹簧管自由端产生位移，从而带动霍尔片移动护改变了施加在霍尔片上的磁感应强度，依据霍尔效应进而转换成霍尔电势的变化，达到了压力-位移-霍尔电势的转换。

为了使VH与B成单值函数关系，电流I必须保持恒定.为此，霍尔式压力传感器一般采用两级申联型稳压电源供电，以保证控制电流了的恒定。

3、霍尔式压力传感器的使用