霍尔效应传感器,以其精湛的线性测量技术,专为磁场大小的精确测定而设计。此传感器依托霍尔效应原理工作,当遭遇磁场时,会生成霍尔电压,从而实现对磁感应强度的测量。
线性传感备广阔的磁场测量范围,不仅如此,它们还能用于检测位置和速度。对于这些传感器而言,输出电压与磁场大小之间的正比关系,为其精确测量提供了有力保障。
霍尔电压的产生,实为霍尔效应传感器工作的核心原理。在通电的导体薄带上,电子沿直线流动。当这条带电导体与电子运动方向垂直的磁场相遇时,电子会经历偏转。
部分电子被吸引至一侧,而另一些则被导向另一侧。导体的一侧显现负电荷,另一侧则显现正电荷。这种分布差异形成了电位差和电压,此电压即为霍尔电压。
电子持续在平面间移动,直至电场力和磁场力的作用达到平衡。当这种分离达到稳定状态时,此时的霍尔电压值即反映了磁通量密度的测量结果。
根据霍尔电压与磁通密度的关系,霍尔效应传感器分为两种类型。一类是线性传感器,其输出电压与磁通密度成线;另一类是门限传感器,在不同磁通密度下表现出急剧的电压变化。
霍尔效应传感器以其经济实惠、坚固耐用、可靠性强、体积小巧、使用简便等优点脱颖而出。这使得它们在众多机器和日常设备中均有广泛应用,从汽车的点火系统到电脑键盘,从工厂的机器人到健身自行车等都能见到它们的身影。
举一个常见的例子,当你使用电脑时,可能正在与霍尔效应传感器进行互动。在无刷直流电机中,特别是用于硬盘和软盘驱动器等设备,需要时刻精确感知电机的位置。安装在转子附近的霍尔效应传感器能够通过检测磁场变化来非常精准地确定其方向。
此类传感器还可用于测量速度。例如,计算车轮或汽车发动机凸轮、曲轴的旋转速度等。在电子速度计和风速计中,也可以发现它们的身影。
埃德温·霍尔的这一性发现经过数十年的发展才得以普及。如今,它的应用已经渗透到各个领域,甚至包括电磁空间火箭发动机。可以说,霍尔的开创性工作对科技领域产生了深远的影响。
插图展示了典型的霍尔传感器构造。为了实现高灵敏度测量,需要确保磁场尽可能微小。为此,霍尔芯片(绿色部分标记为17)被安装在一个铁载体板上(灰色部分标记为16),并夹在两个成型的塑料部分之间(灰色部分标记为11、12)。芯片通过引线(标记为19)连接到终端引脚(蓝色),从而可以与电路连接。但真正关键的是两个软铁“通量集中器”(橙色部分标记为15、21),它们增强了设备的灵敏度。当在传感器附近放置一块磁铁(标记为22)时,这些集中器能引导磁通量(即磁场产生的“密度”)沿霍尔芯片的一个连续环路流动,从而产生正或负电压。若磁铁移至传感器的另一侧,则会生成相反的电压。