第講 壓力檢測霍爾式

第11講霍爾式壓力傳感器

HallPressureSensors

EdwinHerbertHallEdwinHerbertHall(1855-1938)霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國物理學家霍爾（E.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導體熱電機理時發(fā)現(xiàn)的。當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個電勢差也被叫做霍爾電勢差?；魻栯妱蓦妶隽β鍋銎澚刂齐娏麟娮铀俣却鸥袘?yīng)強度半導體薄片置于磁場

B

中，當它的電流

I

方向與磁場方向不一致時，半導體薄片上平行于電流和磁場方向的兩個面之間產(chǎn)生電動勢UH

，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動勢稱霍爾電勢半導體薄片稱霍爾元件載流子受洛侖茲力霍爾電場強度e＝

1.602×10-19

為電子電荷量電場力電子運動平均速度因為n為N型半導體中的電子濃度平衡狀態(tài)可得RH——霍爾常數(shù)，由載流材料物理性質(zhì)決定。I

——控制電流強度B——磁感應(yīng)強度d——霍爾元件厚度霍爾常數(shù)霍爾常數(shù)大小取決于導體的載流子密度：金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢也小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件?；魻栯妱菖c導體厚度d成反比：為了提高霍爾電勢值，霍爾元件制成薄片形狀?；魻枖卦^靈敏算度半導久體中宵電子走遷移許率（質(zhì)電子命定向重運動奏平均成速度研）比眼空穴漫遷移魄率高因此N型半搏導體較適洪合于旬制造拜靈敏北度高誤的霍圖爾元燒件霍爾眼傳感吐器的亡特點霍爾萬傳感愁器也舞是一色種磁徐電式援傳感謹器。晶它是誓利用深霍爾裕元件豎基于涼霍爾蜻效應(yīng)恰原理訓而將隱被測塞量轉(zhuǎn)翅換成森電動饅勢輸派出的命一種稿傳感療器。由于覽霍爾類元件著在靜辜止狀憂態(tài)下探，具翅有感賭受磁灑場的角獨特催能力鏡，并繳且具粱有結(jié)蔥構(gòu)簡繳單、校體積幫小、嚇噪聲絲式小、囑頻率咱范圍述寬（必從直早流到奧微波障）、生動態(tài)勸范圍陰大（閉輸出吊電勢舟變化蛾范圍測可達10墊00喪:1）、霧壽命團長等棉特點押，因寨此獲扁得了匆廣泛姓應(yīng)用穩(wěn)。例如拜，在梳測量狗技術(shù)覽中用執(zhí)于將賭位移陳、力耐、加縮慧速度踢等量秒轉(zhuǎn)換血為電猴量的鄭傳感貸器；用在計悶算技魯術(shù)中奶用于陵作加爛、減年、乘胞、除仿、開燦方、蔥乘方鋤以及淋微積統(tǒng)分等癢運算王的運杯算器甚等?；魻栔菰魻栄性魻柡鲈⒉牧?．鍺(Ge)，N型及P型均悼可。2．硅(S龍i)，N型及P型均接可。3．砷軟化銦(In迫As)和銻曉化銦(In暮Sb)，這察兩種懷材料納的特萄性很聲相似傅?；魻柛缭魻柸魻柧丛D(a戶)中，葵從矩苦形薄蜘片半含導體愈基片懼上的榴兩個叢相互即垂直愛方向膜側(cè)面府上，丑引出里一對運電極褲，其融中1-父1電極漁用于廉加控強制電港流，古稱控辰制電斃極。另一恥對2-乏2電極往用于州引出莖霍爾講電勢腰，稱豬霍爾麥電勢謎輸出殃極。認在基鐮片外絮面用壩金屬肉或陶釣瓷、解環(huán)氧辛樹脂留等封印裝作并為外肝殼?；魻柧I元件圖(b青)是霍難爾元揮件通味用的致圖形擇符號圖(c注)霍爾繁電極拌在基乖片上蛙的位零置及案它的燦寬度坑對霍屢爾電躲勢數(shù)芳值影苗響很倦大。偉通常驅(qū)霍爾棍電極告位于豬基片華長度聞的中贏間，陣其寬甘度遠疼小于處基片勺的長泉度。圖(d曲)是基屯本測截量電核路茄?；魻柵魻柎u元件霍爾課元件詠結(jié)構(gòu):霍爾鑼片，翁四極狠引線娛，殼吩體測量穩(wěn)電路霍爾鳴元件賊的基絲式本測環(huán)量電雁路如趨圖所廁示。翻激奶勵電肥流由半電源E供給簡，可區(qū)變電搏阻RP用來蓋調(diào)節(jié)噸激勵編電流I的大誰小。RL為輸固出霍礎(chǔ)爾電葡勢UH的負洲載電宇阻。立通常升它是姑顯示理儀表膏、記滾錄裝妻置或姐放大挪器的堂輸入學阻抗總?；魻杽裨鞯闹骼艘季徯g(shù)指景標額定滔激勵宅電流IH使霍艱爾元探件溫象升10蒼℃所施旬加的勤控制驚電流耽值稱舍為額腳定激痛勵電勺流。艙通常賽用IH表示土。輸入澇電阻Ri它是李指控墊制電俯流極它間的宅電阻匆值。想它規(guī)球定要暈在室支溫(2冰0±斗5℃辮)的環(huán)分境溫便度中裁測取沫。輸出懂電阻Rs它是沫指霍宮爾電棄極間棉的電近阻值同。規(guī)格定中幼要求挑在(2歇0±滲5℃仇)的條蘿件下駕測取殼?；魻杻|元件動的主脾要技浸術(shù)指存標不等打位電葵勢及考零位滿電阻r0當霍例爾元鑰件通飲以控勵制電芝流IH而不薪加外妙磁場砌時，芝它的留霍爾餐輸出欣端之拜間仍帶有空帶載電駁勢存賣在，打該電磁勢就程稱為棒不等矮位電奇勢(或零撤位電叼勢)。寄生蘆直流太電勢V當不每加外疫磁場裳，控余制電稿流改譽用額漸定交戒流電將流時針，霍叮爾電感極間廉的空撥載電革勢為齊直流調(diào)與交餅流電殼勢之勉和。穗其中冤的交耐流霍夢爾電嶄勢與格前述碰零位慌電勢抱相對第應(yīng)，芝而直漲流霍弦爾電怨勢是筍個寄糖生量戴，稱箭為寄正生直齊流電套勢V?；魻栶z元件鞭的主盆要技撇術(shù)指盆標熱阻RQ它表嚷示在葵霍爾浮電極齊開路暖情況號下，口在霍殿爾元猴件上檔輸入lm聾W的電掏功率詠時產(chǎn)訴生的對溫升漿，單弦位為C／mW。所以躍稱它始為熱熊阻是商因為獅這個嫩溫升謝的大摟小在古一定忠條件鋼下與膜電阻始有關(guān)渣?；魻柟词綁禾伊τ嫽夜ぷ髂懋a(chǎn)生憶線性燒磁場墻的磁醉極3.柄6.玻3居霍葡爾元峽件誤核差及鼓補償1.不等貴位電綠勢誤呢差的隊補償2.溫度召誤差理及其旬補償不等坐位電爹勢和墓不等之位電派阻不等澇位電描勢Uo：當臉霍爾系元件雅的控棗制電痕流為嘗額定流值時梨，若襪元件區(qū)所處擊位置回的磁膏感應(yīng)徑強度絡(luò)為零剛，測顆得的踐空載推霍爾撿電勢腳。不等拆位電催勢是盯由霍沖爾電蹲極2和2′之間旗的電斃阻決哭定的行，ro稱不等潛位電憐阻1.不等鋪位電戰(zhàn)勢誤城差的討補償可以挺把霍蕉爾元癥件視蔑為一準個四臂渠電阻林電橋，不癢等位異電勢躍就相等當于羞電橋跌的初始虧不平姑衡輸概出電性壓。不等塑位電陽勢的者補償測電路不等骨位電門勢的腔補償2.溫度款誤差網(wǎng)及其清補償溫度和誤差渾產(chǎn)生隆原因雄：霍爾服元件非的基談片是柜半導腸體材司料，麻因而勾對溫壁度的補變化河很敏火感。鄭其載冤流子站濃度越和載煮流子爹遷移乖率、葵電阻族率和痛霍爾物系數(shù)明都是炭溫度咽的函史數(shù)。當溫冒度變杏化時鮮，霍津爾元掙件的四一些烤特性蘿參數(shù)肉，如總霍爾慢電勢敢、輸魔入電劈燕阻和端輸出賢電阻雷等都值要發(fā)扛生變徐化，挽從而該使霍繭爾式曬傳感默器產(chǎn)詠生溫扎度誤么差。減小宮霍爾怎元件彼的溫根度誤章差選用廈溫度成系數(shù)選小的有元件采用拋恒溫土措施采用抵恒流愛源供誼電恒流塌源溫多度補需償霍爾禍元件大的靈龍敏系因數(shù)也丸是溫守度的劑函數(shù)特，它熟隨溫椅度的奔變化瘦引起蔽霍爾漸電勢臂的變嚇化，蔽霍爾訓元件里的靈呼敏系要數(shù)與浩溫度聚的關(guān)郊系KH0為溫惑度T0時的KH值；△T溫度柜變化貍量；霍爾攀電勢構(gòu)的溫桂度系悶數(shù)。大多職數(shù)霍穿爾元晝件的存溫度彎系數(shù)是正津值時變，它俗們的抹霍爾妄電勢冰隨溫研度的傅升高若而增攜加(1輕+△t)倍。同時銀，讓兔控制嚴電流I相應(yīng)萌地減謝小，賭能保耍持KHI不變昨就抵常消了鄭靈敏若系數(shù)榜值增嫌加的息影響悼。恒流執(zhí)源溫喘度補將償電襪路當霍講爾元暖件的阿輸入紹電阻廁隨溫蔬度升垂高而胞增加返時，津旁路獸分流腥電阻芳自動稠地加絲式強分嘴流，遷減少按了霍某爾元鄭件的屬控制蓋電流3.塌6.糧4帶應(yīng)童用測量愛原理：霍爾貫電勢育與磁砌感應(yīng)變強度禾成正蛾比，蔬若磁穗感應(yīng)滔強度宜是位者置的透函數(shù)蠟，