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霍尔压力传感器

发布时间:2020-12-31 08:21人气:

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。霍尔效应是指当固体导体放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边,继而产生电压(霍尔电压)的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性,可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子(自由电子)之运动所造成。
在导体上外加与电流方向垂直的磁场,会使得导线中的电子受到洛伦兹力而聚集,从而在电子聚集的方向上产生一个电场,此电场将会使后来的电子受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力,使得后来的电子能顺利通过不会偏移,此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。
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,故其响应频率高。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。
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。
3)霍尔片位移-霍尔电势转换
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。
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