Датчик Холла. Описание, устройство, принцип работы
Датчиком Холла называют устройство, с помощью которого измеряют величину магнитного поля используя эффект Холла. Датчик Холла состоит из полупроводниковой прямоугольной пластинки, к которой присоединены четыре электрических вывода. Схематически чувствительный элемент датчика Холла показан на рис.1.
Эффект Холла заключается в следующем. Пусть образец имеет форму прямоугольной пластинки длиной l, шириной d, толщиной b (см.рис. 1).
Главная >> Датчик Холла. Измерение магнитного поля, основы и принцип работы датчиков Холла, параметры, утройство, описание, применение
Преобразователи, датчики, сенсоры - Информационный портал © 2011 - 2023 Использование материалов сайта возможно при размещении активной ссылки
русский / english
Магнитные поля
Измерение магнитных полей, принципы измерения. Что такое датчик Холла, параметры, формуоы. Немного отличающиеся пояснения основ работы датчика Холла можно найти по ссылкам на странице
• Представлена информация о различных преобразователях и датчиках физических величин, параметров различных физических процессов.
• Электрофизические свойства и эффекты в различных электротехнических материалах.
• Теория, экспериментальые результаты, практическое применение
Эффект Холла и физические основы работы датчика Холла. Если вдоль образца пропустить электрический ток I, а перпендикулярно плоскости пластинки создать магнитное поле B, то на боковых плоскостях пластинки в направлении CD возникнет электрическое поле, которое называют полем Холла. На практике, как правило, поле Холла характеризуют разностью потенциалов, которую измеряют между симметричными точками С и D на боковой поверхности образца. Эта разность потенциалов называется Холловской разностью потенциалов Uхол или ЭДС Холла εхол.
В классической теории проводимости эффект Холла объясняется тем, что в магнитном поле на движущиеся электрические заряды действует сила Лоренца, величина и направление которой определяются векторным уравнением:
F = e [VB] ( 1 ),
где B - вектор индукции магнитного поля,
V - вектор скорости движения зарядов,
е - заряд носителей тока с учетом знака .
В нашем случае V перпендикулярно B и электрическое поле Холла определяется:
Eхол = V B ( 2 ),
Поле связано c ЭДС Холла εхол, или холловской разностью потенциалов Uхол следующим образом:
εхол ≈ Uхол = Eхол d= VBd ( 3 ).
Сила тока, который протекает через единицу площади поперечного сечения образца, равна плотности тока:
J = enV ( 4 ),
где п - количество носителей тока в единице объема образца (концентрация носителей тока).
Отсюда сила тока :
I = jbd = enVbd ( 5 ).
Что дает возможность записать:
V = I / enbd ( 6 ),
εхол = IB/ enb ( 7 ).
Таким образом, ЭДС Холла (или Uхол) пропорциональна силе тока, индукции магнитного поля, и обратно пропорциональна толщине образца и концентрации носителей тока в нем.
Часто записывают:
εхол = R⋅ IB/b ( 8 ).
Где коэффициент R = 1/ne - постоянная Холла, которая, например, для полупроводников имеет величину от 10 до 10∧5 см3/Кл.
Принцип работы датчика Холла. На рис.2 показана характерная зависимость Uхол от магнитного поля при постоянном токе питания.
При отсутствии магнитного поля ЭДС Холла должна равняться нулю. Но в результате разных побочных явлений (например, недостаточно симметричное размещение измерительных электродов датчика) измерительный прибор может показать некоторую разницу потенциалов Uо на выходе Датчика Холла даже при отсутствии магнитного поля. Для исключения связанных с этим погрешностей, величину Uо следуют вычитать от измеренной разницы потенциалов в магнитном поле.
Одной из основных характеристик датчика Холла является чувствительность:
γ = ΔUхол/ ΔB.
Чувствительность датчика Холла, указанную в его паспортных данных, используют при определении величины индукции измеренного магнитного поля:
B = Uхол / γ .
Следует иметь в виду, что датчик Холла измеряет перпендикулярную (к плоскости датчика) составляющую вектора магнитного поля. Поэтому если нужно измерять максимальное значение магнитного поля, то необходимо датчик Холла ориентировать соответствующим образом.
Для изготовления датчиков Холла чаще всего используют полупроводники InP, InSb, GaAs, Ge, Si. Использование полупроводников обусловлено тем, что благодаря высокой подвижности носителей тока они имеют большую чувствительность к влиянию магнитного поля. Чувствительный элемент датчика Холла может изготавливаться как из объемного материала, так и на основе полупроводниковых пленок на изолирующих подложках. Датчик Холла может иметь различную форму, что влияет на линейность зависимости выходного сигнала от магнитного поля, чувствительность. Размеры современных датчиков Холла могут не превышать 1х1х0.5 мм, токи питания как правило 1- 100 мА (зависит от величины входного сопротивления датчика), чувствительность может достигать 1000 мВ/Тл и более, рабочий диапазон температур от -270 °С до 200 °С. Кроме чувствительности одними из основных параметров датчиков Холла являются температурная зависимость чувствительности, входного сопротивления, начального выходного сигнала Uо. У хороших датчиков Холла они должны быть незначительными.
См. также:
Смотрите также:
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, ДАТЧИКИ, СЕНСОРЫ
Информация, новости, реклама
