集成霍尔传感器及应用

;; ;;; 集成霍尔传感器利用硅集成电路工艺将霍尔元器件与测量电路集成在一起，实现了材料、元器件、电路三位一体，有开关型集成霍尔传感器和线性型霍尔传感器两种，如图6-71所示。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;; 开关型集成霍尔传感器内部集成有霍尔元器件和信号调理电路。在外部磁场的作用下，霍尔元器件产生霍尔电压，经放大整形后输出随磁场变化的方波信号，因此传感器的输出实际上是高、低电平，对应磁场的有无，使用方便简单，可用来实现转速的测量和位置的检测。
;;; 还有一类霍尔传感器是霍尔电流传感器，主要应用霍尔原理来测量电流参量，在电力电子、交流变频调速、逆变装置及开关电源等领域有着广泛的应用。;;; 1．转速测量
;;; 转速计原理如图6-72 (a)所示，磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，将霍尔元器件移至旋转盘下边，让转盘上小磁铁形成的磁力线垂直穿过霍尔元器件。当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在转盘上的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲电压。用频率计测量这些脉冲，检测出单位时间内脉冲电压的个数，便可知被测转轴的旋转速度，从而实觋转速的检测。转盘上磁铁数越多，传感器测速的分辨率就越高。;;;;;;;; 设频率计的频率为，小磁铁数量为Z，则转轴转速为
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;;; 转速测量电路如图6-72 (b)所示，该电路采用霍尔IC UGN3040检测磁性转子的转数。UGN3040是集电极开路元器件，外接上拉电阻。当磁性转子转动时，霍尔IC的输出也随之变化，召点是经过三极管反相后的输出。将其输出端接到数字式频率计的输入端，即可根据相应的情况计算出被测机械的转速。
;;; 开关型集成霍尔传感器还可选用UGN-3020、UGN-3030型，其电源电压为4.5～25V。对磁感应强度曰的大小要求不严格，当电源电压为12V时，其输出截止电压的幅值UO≤12V。亦可选用国产CS837、CS6837型，其电源电压为10V；CS839、CS6839型的电源电压为18V。但应注意的是，CS型开关集成霍尔传感器为双端输出，也属于集电极开路输出级。不管是单端输出还是双端输出，电源和集电极间必须接上负载电阻才能正常工作。;;; 2．位移测量
;;; 在两个极性相反、磁感应强度相同的磁钢气隙中，放置一个霍尔元器件，保持霍尔元器件的控制电流恒定，而使霍尔元器件在一个均匀的梯度磁场中沿着x方向穆动，如图6-73所示。;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;; 若控制电流川亘定不变，霍尔电压与磁感应强度B成正比，则磁场在一定范围内沿着x方向的变化dB/dx为常数。因此，元器件沿x方向移动时，霍尔电压的变化为
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; dUH/dx=KHI*dB/dx=K;;;;;; (6-38)
式中，K为位移传感器输出灵敏度。对式(6-38)积分得
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; UH =K·x;;;;;;;;;;;;;; (6-39)
;;; 式(6-39)表明霍尔电压与位移成正比，电压的极性表示了元器件位移的方向。这种位移传感器可用来测量1～2mm的小位移，并且惯性小、响应速度快。利用这种位移与电压的转换关系，还可以用来测量力、压力、压差、液位、流量等。
;;; 集成金属传感器包括两种类型：电感式接近开关和电容式接近开关。传感器内部都集成

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