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。

霍尔压力传感器的工作原理

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

传感器应垂直安装在机械振动尽可能小的场所，且倾斜度小于3度。当介质易结晶或粘度较大时，应加装隔离器。通常情况下，以使用在测量上限值1/2左右为宜，且瞬间超负荷应不大于测量上限的二倍。由于霍尔片对温度变化比较敏感，当使用环境温度偏离仪表规定的使用温度时要考虑温度附加误差，采取恒温措施(或沮度补偿措施)。此外还应保证直流稳压电源具有恒流特性，以保证电流的恒定。

霍尔式压力传感器的结构原理

利用霍尔元件测量位移惯性小、反应速度快的特点，可用来测量力、压力、压差、液位、流量 等。将霍尔元件与弹性元件(波登管、波纹管或膜盒等）的输出端相联系，如图7 - 22所示，当被测压力P变化时，膜盒顶端芯杆产生位移，推动带有霍尔 元件的杠杆3，霍尔元件在由四个磁极构成的线性不均匀 磁场中移动，使作用在霍尔元件1上的磁场变化,从而使 霍尔元件的霍尔电势随之发生变化。由于磁场是线性分 布的,所以霍尔元件的输出随位移（压力）的变化也是线性的。在被测压力为0时，霍尔元件处于平衡位置，输出为 0;当输人正压力时，霍尔元件向上运动；当输人负压力时，霍尔元件向下运动，输出的霍尔电势符号也发生变化。

霍尔传感器的工作原理

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。因此，霍尔传感器不需要外界电源供电。

霍尔传感器可广泛应用于：

1电子式水表、气表、电表和远程抄表系统

2控制设备中传送速度的测量

3无刷直流电机的旋转和速度控制

4在工程中测量转动速度和其他机械上的自动化应用

5转速仪、速度表以及其他转子式计量装置

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压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以

已经得到了广泛的应用。

在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广。

除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

简述霍尔式压力传感器的工作原理：

霍尔式压力传感器,一般由两部分组成，一部分是弹性元件，用它来感受压力，并将压力转换为位移量；另一部分是霍尔元件和磁系统。通常将霍尔元件固定在弹性元件上，这样，当弹性元件产生位移时，将带动霍尔元件在具有均匀梯度的磁场中移动，从而产生霍尔电势，完成将压力变换为电量的任务。