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霍尔微电子解析:选择霍尔传感器时要注意的几个方面

发布时间:2021-08-02 09:47:09
摘要:霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的霍尔传感器件,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器元件可供选用,哪一种原理的霍尔元件更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;霍尔传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。

在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的霍尔IC传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。

2、灵敏度的选择

通常,在霍尔IC的线性范围内,希望霍尔元件的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求霍尔IC本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的厂扰信号。

霍尔器件的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的霍尔元件;如果被测量是多维向量,则要求霍尔传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、频率响应特性

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上霍尔传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。

霍尔IC的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的霍尔元件可测信号的频率较低。

在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。

4、线性范围

霍尔传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。霍尔IC的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择霍尔元件传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。

5、稳定性

霍尔传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。

影响霍尔元件长期稳定性的因素除霍尔传感器本身结构外,主要是霍尔IC的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,霍尔传感器必须要有较强的环境适应能力。

在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。

传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。

在某些要求霍尔传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。

6、精度

精度是霍尔传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多霍尔元件传感器中选择比较便宜和简单的。

如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。

对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造。自制的性能应满足使用要求。

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