一、引言

霍爾效應(yīng)是測量磁場最常用的方法，并且霍爾效應(yīng)傳感器在現(xiàn)代得到了廣泛的應(yīng)用和廣泛的應(yīng)用。例如，它們在汽車上用作車輪轉(zhuǎn)速傳感器和曲軸或凸輪軸位置傳感器。它們通常被用作開關(guān)、MEMS羅盤、接近傳感器和其他應(yīng)用?，F(xiàn)在我們來看看這些傳感器是如何工作的，但是首先，讓我們來定義霍爾效應(yīng)。

二、什么是霍爾效應(yīng)

描述霍爾效應(yīng)如下所示：如果我們有一個像圖中所示的導電板并向其施加電流，則電荷載流子將沿直線從一側(cè)流向另一側(cè)。

現(xiàn)在，如果我們在極板附近施加一個磁場，我們可以在洛倫茲力的作用下破壞載流子的直線流。電子會偏向極板的一邊，而正空穴則會偏向另一邊。這意味著如果我們現(xiàn)在用電表連接另兩個側(cè)面，我們就可以得到一個可以測量的電壓。

如前所述，獲得可測量電壓的效果被稱為霍爾效應(yīng)，這是1879年埃德溫·霍爾發(fā)現(xiàn)的。

三、什么是霍爾效應(yīng)傳感器

霍爾效應(yīng)傳感器檢測磁場功率的變化。這種傳感器為機器人傳感器的應(yīng)用提供了廣泛的可能性。

它們可用于接近、定位、速度和電流傳感等應(yīng)用。它們通常用于氣動氣缸上，用于將氣缸的位置與PLC或機器人控制器進行通信。

汽車、個人電子和機器人只是使用霍爾效應(yīng)傳感器的少數(shù)行業(yè)。根據(jù)應(yīng)用的不同，它們比其他傳感器有一些優(yōu)勢。

它們被完全包裹起來，因為它們在磁場中工作，使它們不易受到骯臟或潮濕環(huán)境的損害。它們比機械系統(tǒng)在大量循環(huán)后磨損或傾斜讀數(shù)的可能性更小。

由于霍爾效應(yīng)傳感器不需要物理接觸就可以正常工作，因此其可靠性和使用壽命在廣泛的應(yīng)用中非常有用。它們可以提供比機械單位更高的重復性和準確性，因為它們不會對機械或工具產(chǎn)生物理干擾。

四、霍爾效應(yīng)傳感器是如何工作的

最好從霍爾效應(yīng)的基本知識開始理解霍爾效應(yīng)傳感器。當電流在磁場中流過導體時，電子被磁場推向?qū)w的一側(cè)。

霍爾效應(yīng)可以用來測量導體中的電流，這些導體是由特定的參數(shù)構(gòu)成的。例如，一個扁平金屬導體上的電壓比一個導體周圍的電壓更能揭示霍爾效應(yīng)。

當磁場作用于平板上時，在導體上移動的電子被迫向一邊移動。由于可以計算撓度之和，因此該裝置有著廣泛的應(yīng)用。

用平板導體計算霍爾效應(yīng)傳感器的磁場強度。當磁鐵靠近傳感器時，傳感器檢測到并將信息發(fā)送給控制器。

當磁鐵靠近傳感器時，穿過極板的電荷轉(zhuǎn)移到一邊，一邊產(chǎn)生正電荷，另一邊產(chǎn)生負電荷。確定了極板兩側(cè)的電壓差，可以用來計算磁強度或傳感器的接近度。

五、霍爾效應(yīng)傳感器類型

霍爾效應(yīng)傳感器有兩種基本類型：

5.1閾值

當磁場強度達到一定的振幅和/或極性時，閾值（也稱為數(shù)字或開關(guān)）產(chǎn)生恒定的霍爾電壓。有幾種不同的閾值設(shè)備配置，例如鎖存設(shè)備在正電場強度達到閾值時開啟，但僅在相同強度的負電場達到閾值時關(guān)閉，在只有正電場達到閾值時開啟，但在其他情況下關(guān)閉，以及當正負電場達到閾值時開啟的設(shè)備。閾值也可以在一些計算機中編程。

5.2線性

線性（模擬輸出傳感器）產(chǎn)生與周圍磁場強度成比例的霍爾電壓。電壓擺動的極性由周圍磁場的方向決定。當表達性的動作必須被感知為位置的微小變化時，線性裝置在音樂應(yīng)用中更為常用。

六、霍爾效應(yīng)傳感器的用途

霍爾效應(yīng)傳感器是由磁場驅(qū)動的，在許多應(yīng)用中，連接到運動軸或裝置的單個永久磁鐵可以控制裝置。有許多不同形式的磁感應(yīng)運動，包括“頭朝上”、“側(cè)向”、“推拉”和“推-推”等。為了保證磁力線的敏感度和磁通的最佳配置，必須保證磁力線的靈敏度始終處于正確的位置。

為了確保線性度，還需要磁場強度發(fā)生顯著變化的高場強磁體。有幾種方法可以檢測磁場，使用單個磁鐵的兩種最常見的傳感配置如下所示：正面檢測和側(cè)面檢測是兩種類型的檢測。

6.1正面檢測

磁場必須垂直于霍爾效應(yīng)傳感系統(tǒng)，并直接接近傳感器的主動面進行“正面探測”，顧名思義。從某種程度上說，這是一種“前沿”的方法。

這種直接的方法產(chǎn)生一個輸出信號，VH，在線性器件中，它反映磁場功率或磁通密度，作為與霍爾效應(yīng)傳感器距離的函數(shù)。輸出電壓隨著磁場的增大而增大，反之亦然。

正磁場和負磁場也可以用線性儀器區(qū)分。為了指示位置檢測，可以制作非線性裝置，在遠離磁鐵的預(yù)設(shè)氣隙距離處觸發(fā)輸出“開”。

6.2側(cè)向檢測

“側(cè)向探測”是第二種傳感配置。這就需要在霍爾效應(yīng)元件的表面上橫向移動磁鐵。例如，計數(shù)旋轉(zhuǎn)磁鐵或測量電機的旋轉(zhuǎn)速度、側(cè)向或滑動，對于在固定氣隙距離內(nèi)穿過霍爾元件表面時檢測磁場的存在是有用的。

當磁場經(jīng)過傳感器的零磁場中心線時，根據(jù)磁場的方向，可以產(chǎn)生代表正輸出和負輸出的線性輸出電壓。這可以識別垂直和水平方向上的方向運動。

霍爾效應(yīng)傳感器有著廣泛的應(yīng)用，特別是作為近距離傳感器。如果環(huán)境因素包括水、振動、灰塵或油，例如在汽車應(yīng)用中，它們可以代替光學和光傳感器。目前的感應(yīng)也可以用霍爾效應(yīng)儀器來實現(xiàn)。

6霍爾效應(yīng)傳感器和感應(yīng)式傳感器有什么區(qū)別？

霍爾效應(yīng)傳感器可以用來檢測鐵和鋼等鐵磁性材料，除了檢測磁鐵和磁場的存在與否之外，還可以在裝置的活動區(qū)域后面放置一個小的永久“偏壓”磁鐵。由于引入鐵質(zhì)材料而引起的磁場的任何移動或中斷都可以用低至mV/G的靈敏度進行檢測。

根據(jù)器件的類型，無論是數(shù)字的還是線性的，有多種方法可以將霍爾效應(yīng)傳感器連接到電路和電子電路上。下面是一個發(fā)光二極管的例子，非常簡單。

由于磁場運動的不同，霍爾效應(yīng)傳感器有多種用途。在工業(yè)和家庭環(huán)境中，這些儀器最常見的應(yīng)用是測量物體的存在、位置和距離。

電流傳感器、壓力傳感器和流體流量傳感器都是霍爾效應(yīng)傳感器在工業(yè)和制造過程中的常用應(yīng)用。在電流互感器中，霍爾效應(yīng)傳感器是一種廉價的、非接觸式的直流磁通量測量方法。

七、霍爾效應(yīng)傳感器應(yīng)用

7.1旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中的霍爾效應(yīng)傳感器

速度傳感器通過計算軸或盤在給定時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)來工作。一個連接在電機軸上的圓盤在霍爾效應(yīng)傳感器旁邊旋轉(zhuǎn)，周圍有磁鐵。

當磁鐵穿過傳感器時，傳感器的狀態(tài)會發(fā)生變化。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，傳感器計算轉(zhuǎn)數(shù)。例如，如果磁軸每轉(zhuǎn)四次，磁棒就會旋轉(zhuǎn)四次。

這使傳感器能夠根據(jù)每轉(zhuǎn)四個脈沖的已知參數(shù)測量轉(zhuǎn)速。

該技術(shù)應(yīng)用于無刷直流電機的速度跟蹤和軸位檢測。這使他們能夠在特定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行，同時仍然允許他們隨時改變電機轉(zhuǎn)速。

這使得控制馬達更加容易。它還允許他們監(jiān)測軸在電機上的位置，使他們在機器人行業(yè)比沒有霍爾效應(yīng)傳感器的電機更靈活。

7.2近距離應(yīng)用中的霍爾效應(yīng)傳感器

基于磁場，霍爾效應(yīng)傳感器可以檢測接近性。如果磁場強度恒定且已定義，則可以確定傳感器相對于磁鐵的位置。

當磁鐵移動到其范圍內(nèi)時，傳感器改變狀態(tài)并向控制器發(fā)出警報?；魻栃?yīng)傳感器有多種用途。機器人工具、機器人夾持器、氣動和其他各種非機器人應(yīng)用都使用它們。

7霍爾效應(yīng)的起源是什么？

近距離霍爾效應(yīng)傳感器也可用于機器人技術(shù)。它們很適合探測磁場強度和磁場接近度?；魻栃?yīng)傳感器可用于滿足各種安全要求。它們通常用于工裝中，以向控制裝置提供夾緊確認。

夾緊確認鎖定單元的操作，直到所有部分完全夾緊，使其安全工作。嵌入在工具中的磁鐵在正確夾緊時屬于霍爾效應(yīng)傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi)，通常指示零件確認。當所有傳感器顯示一個信號時，機器人控制器或可編程邏輯控制器（PLC）知道電池可以安全運行。

在機器人工業(yè)中，霍爾效應(yīng)傳感器非常有用。為了感知細胞的變化，大多數(shù)機器人細胞使用霍爾效應(yīng)傳感器。它們用于讀取直流無刷電機的速度和位置。它們用于氣缸中，以確定氣缸是否伸出或縮回。

它們也可以通過通知控制機構(gòu)工裝夾具確認來保持員工健康。如果沒有霍爾效應(yīng)傳感器，機器人行業(yè)將大相徑庭。

八、如何測試霍爾效應(yīng)傳感器

凸輪軸和曲軸位置傳感器是分別控制凸輪軸和曲軸位置的霍爾效應(yīng)傳感器。在傳感器前面，一個小磁鐵經(jīng)過。當磁鐵靠近傳感器時，輸出電壓增加。當磁鐵離開傳感器時，電壓下降。為了評估軸位置，電子控制模塊跟蹤這些傳感器輸出。由于凸輪軸和曲軸位置傳感器以及其他電氣傳感器、電磁閥和噴油器，ECM可以保持精確的發(fā)動機控制。了解霍爾效應(yīng)傳感器的基本知識將幫助您正確測試有問題的傳感器。

?步驟1

從發(fā)動機缸體上拆下傳感器。清除傳感器尖端上的所有油、污垢或金屬屑。

?步驟2

檢查發(fā)送至ECM的凸輪軸傳感器或曲軸信號的發(fā)動機示意圖。應(yīng)拆下ECM的信號線。將信號線連接到跨接導線的一端。將跨接導線的另一端連接到樂觀探頭的邊緣。將負極探針連接到穩(wěn)定的底盤接地上。如有必要，用跨接導線和鱷魚夾將負極探針連接至底盤接地。

要測試直流電壓，請切換電壓表。將鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到“On”位置。理想情況下，電壓應(yīng)為0伏左右。緩慢旋轉(zhuǎn)垂直于傳感器前端的磁鐵。當磁鐵接近傳感器時，電壓應(yīng)升高，當磁鐵移開時，電壓應(yīng)下降。如果電壓沒有變化，則傳感器或傳感器的連接有故障。

九、常見問題

1霍爾效應(yīng)傳感器是如何工作的？

利用半導體（如硅），霍爾效應(yīng)傳感器的工作原理是測量器件置于磁場中時電壓的變化。換句話說，一旦霍爾效應(yīng)傳感器檢測到它現(xiàn)在處于磁場中，它就可以感應(yīng)到物體的位置。

2什么觸發(fā)霍爾效應(yīng)裝置？

霍爾效應(yīng)傳感器是由磁場激活的，在許多應(yīng)用中，該裝置可以由一個固定在移動軸或裝置上的永久磁鐵來操作。有許多不同類型的磁鐵運動，如“頭朝上”、“側(cè)向”、“推-拉”或“推-推”等感應(yīng)運動。

3霍爾效應(yīng)傳感器有什么用？

霍爾效應(yīng)傳感器通常用來計時車輪和軸的速度，例如內(nèi)燃機點火正時、轉(zhuǎn)速表和防抱死制動系統(tǒng)。它們用于無刷直流電動機中檢測永磁體的位置。

4霍爾效應(yīng)的原理是什么？

霍爾效應(yīng)原理指出，當載流導體或半導體被引入垂直磁場時，可以在與電流路徑成直角的位置測量電壓。

5霍爾效應(yīng)傳感器有多靈敏？

這些比率測量裝置的靈敏度分別為5 mV/高斯和2.5 mV/高斯，工作溫度范圍為-40°C至150°C，并在其整個工作范圍內(nèi)進行溫度補償。

6霍爾效應(yīng)傳感器和感應(yīng)式傳感器有什么區(qū)別？

感應(yīng)式傳感器檢測金屬物體，霍爾效應(yīng)傳感器檢測磁場的存在。

7霍爾效應(yīng)的起源是什么？

霍爾效應(yīng)的歷史始于1879年，當時埃德溫H.霍爾發(fā)現(xiàn)，在外加磁場中，載流金屬帶上會出現(xiàn)一個小的橫向電壓。

8你怎么知道霍爾傳感器壞了嗎？

失去動力、噪音大和感覺馬達被某種方式阻塞，這些都是控制器死機或馬達內(nèi)部霍爾傳感器可能有問題的跡象。

9霍爾效應(yīng)傳感器內(nèi)部是什么？

霍爾效應(yīng)傳感器是一種半導體材料的薄片，就像微型或RAM設(shè)備中的芯片一樣。它是根據(jù)電磁原理工作的。當你移動一塊足夠靠近傳感器的磁鐵時，會產(chǎn)生一個小電壓。這是一個放大器，它將電壓提升到足夠高的水平，以供其他電子設(shè)備使用。

最好的例子是車輪轉(zhuǎn)速傳感器。一個小磁鐵附在汽車輪子的內(nèi)側(cè)。每次磁鐵經(jīng)過傳感器時，即車輪旋轉(zhuǎn)一圈。信息被傳送到速度表和里程表單元，并在那里顯示給駕駛員。

10什么是車輛上的霍爾效應(yīng)傳感器？

霍爾效應(yīng)傳感器靠磁場工作，也可稱為曲柄位置傳感器。它檢查曲軸位置，以便發(fā)動機點燃火花塞。如果情況不好，發(fā)動機可能會失速，在沒有霍爾效應(yīng)傳感器信號的情況下無法起動。

霍爾效應(yīng)傳感器也可用于確定速度、距離或發(fā)動機曲軸位置和凸輪軸位置。所有的霍爾效應(yīng)傳感器內(nèi)部都有不同的電子元件，具有不同的程序測量值，不可互換。