霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器，已發展成一個品種多樣的磁傳感器產品族，并已得到廣泛的應用。本文主要詳細介紹一下關于霍爾元件的應用實例方面的內容。

　　霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。

　　霍爾器件具有許多優點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

　　霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達－55℃～150℃。

　　按照霍爾器件的功能可將它們分為： 霍爾線性器件 和 霍爾開關器件 。前者輸出模擬量，后者輸出數字量。

　　按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為：直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。

　　霍爾元件的應用舉例

　　1、檢測磁場

　　用霍爾線性器件作探頭，測量10－6T～10T的交變和恒定磁場，已有許多商品儀器。這里，僅介紹一種用經過校準的UGN3503或A3515型霍爾線性電路來檢測磁場的磁感應強度的簡便方法。電路出廠時，工廠可提供每塊電路的校準曲線和靈敏度系數。測量時，將電路第一腳（面對標志面從左到右數）接電源，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗（》10kΩ）電壓表，通電后，將電路放入被測磁場中，讓磁力線垂直于電路表面，讀出電壓表的數值，即可從校準曲線上查得相應的磁感應強度值。使用前，將器件通電一分鐘，使之達到穩定。

　　用靈敏度系數計算被測磁場的B值時，可用

　　B=［Vout（B）－Vout（o）］1000/S

　　式中，Vout（B）=加上被測磁場時的電壓讀數，單位為V，Vout（o）=未加被測磁場時的電壓讀數，單位為V，S=靈敏度系數，單位為mV/G（高斯），B=被測磁場的磁感應強度，單位為G。

　　2、檢測鐵磁物體

　　在霍爾線性電路背面偏置一個永磁體，如圖11所示。圖11（a）表示檢測鐵磁物體的缺口，圖11（b）表示檢測齒輪的齒。它們的電路接法見圖12，（a）為檢測齒輪，（b）為檢測缺口。用這種方法可以檢測齒輪的轉速。

　　3、用在直流無刷電機中

　　直流無刷電機使用永磁轉子，在定子的適當位置放置所需數量的霍爾器件，它們的輸出和相應的定子繞組的供電電路相連。當轉子經過霍爾器件附近時，永磁轉子的磁場令已通電的霍爾器件輸出一個電壓使定子繞組供電電路導通，給相應的定子繞組供電，產生和轉子磁場極性相同的磁場，推斥轉子繼續轉動。到下一位置，前一位置的霍爾器件停止工作，下位的霍爾器件導通，使下一繞組通電，產生推斥場使轉子繼續轉動。如此循環，維持電機的工作。其工作原理示于圖13。

　　在這里，霍爾器件起位置傳感器的作用，檢測轉子磁極的位置，它的輸出使定子繞組供電電路通斷，又起開關作用，當轉子磁極離去時，令上一個霍爾器件停止工作，下一個器件開始工作，使轉子磁極總是面對推斥磁場，霍爾器件又起定子電流的換向作用。

　　無刷電機中的霍爾器件，既可使用霍爾元件，也可使用霍爾開關電路。使用霍爾元件時，一般要外接放大電路，如圖14所示，使用霍爾開關電路，可直接驅動電機繞組，使線路大為簡化，如圖15所示。

　　鐵磁材料受到磁場激勵時，因其導磁率高，磁阻小，磁力線都集中在材料內部。若材料均勻，磁力線分布也均勻。如果材料中有缺陷，如小孔、裂紋等，在缺陷處，磁力線會發生彎曲，使局部磁場發生畸變。用霍爾探頭檢出這種畸變，經過數據處理，可辨別出缺陷的位置，性質（孔或裂紋）和大小（如深度、寬度等），圖16示出兩種用于無損探傷的探頭結構。（b）檢測線材用

　　4、磁記錄信息讀出

　　用霍爾元件制成的磁讀頭，如圖17所示，將寫頭和讀頭裝在同一外殼里，采用長1mm，寬0.2mm，厚1.4μm的InSb霍爾元件，其信噪比比普通磁頭高3db～5db，由于寫頭和讀頭間的間距很小，僅2.6mm，故可用一讀頭去監視幾分之一秒之前錄頭錄下的信息。

　　霍爾讀頭的輸出僅由記錄信息的磁感應強度來決定，即使頻率到零，輸出仍然恒定，且因讀頭無電感，故可獲得優異的瞬態響應。它的靈敏度隨溫度的變化也很小，約為0.01db/℃。采用適當的前置放大電路，可在0℃～50℃范圍內保持±0.5db。

　　由于霍爾磁讀頭具備這些優點，因而在計算機中得到很重要的應用。特別在高密度垂直記錄的磁盤的信息讀出中，更能顯示其優越性。專家預言，今后十年，霍爾讀頭很可能會占去磁阻頭的部分市場。

　　5、霍爾接近傳感器和接近開關

　　在霍爾器件背后偏置一塊永久磁體，并將它們和相應的處理電路裝在一個殼體內，做成一個探頭，將霍爾器件的輸入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來，構成如圖18所示的接近傳感器。它們的功能框見圖19。（a）為霍爾線性接近傳感器，（b）為霍爾接近開關。

　　霍爾線性接近傳感器主要用于黑色金屬的自控計數，黑色金屬的厚度檢測、距離檢測、齒輪數齒、轉速檢測、測速調速、缺口傳感、張力檢測、棉條均勻檢測、電磁量檢測、角度檢測等。

　　霍爾接近開關主要用于各種自動控制裝置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自動計數、各種計數、各種流程的自動銜接、液位控制、轉速檢測等等。3.2.7霍爾翼片開關霍爾翼片開關就是利用遮斷工作方式的一種產品，它的外形如圖20所示，其內部結構及工作原理示于圖21。

　　翼片未進入工作氣隙時，霍爾開關電路處于導通態。翼片進入后，遮斷磁力線，使開關變成截止態，它的狀態轉變的位置非常精確，在125℃的溫度范圍內位置重復精度可達50nm。將齒輪形翼片和軸相連，用在汽車點火器中作為點火開關，可得到準確的點火時間，使汽缸中的汽油充分燃燒，既可節約燃料，又能降低車輛排放的尾氣的污染，已在桑塔那，克萊斯勒等許多名車中使用。將它們用在工業自動控制系統中，可作為轉速傳感器、位置開關、限位開關、軸編碼器、碼盤掃描器等。

　　8、霍爾齒輪傳感器

　　用2.2.2.3中介紹的差動霍爾電路制成的霍爾齒輪傳感器，如圖22所示，新一代的霍爾齒輪轉速傳感器，廣泛用于新一代的汽車智能發動機，作為點火定時用的速度傳感器，用于ABS（汽車防抱死制動系統）作為車速傳感器等。

　　在ABS中，速度傳感器是十分重要的部件。ABS的工作原理示意圖如圖23所示。圖中，1是車速齒輪傳感器；2是壓力調節器；3是控制器。在制動過程中，控制器3不斷接收來自車速齒輪傳感器1和車輪轉速相對應的脈沖信號并進行處理，得到車輛的滑移率和減速信號，按其控制邏輯及時準確地向制動壓力調節器2發出指令，調節器及時準確地作出響應，使制動氣室執行充氣、保持或放氣指令，調節制動器的制動壓力，以防止車輪抱死，達到抗側滑、甩尾，提高制動安全及制動過程中的可駕馭性。在這個系統中，霍爾傳感器作為車輪轉速傳感器，是制動過程中的實時速度采集器，是ABS中的關鍵部件之一。

　　在汽車的新一代智能發動機中，用霍爾齒輪傳感器來檢測曲軸位置和活塞在汽缸中的運動速度，以提供更準確的點火時間，其作用是別的速度傳感器難以代替的，它具有如下許多新的優點。

　　（1）相位精度高，可滿足0.4°曲軸角的要求，不需采用相位補償。

　　（2）可滿足0.05度曲軸角的熄火檢測要求。

　　（3）輸出為矩形波，幅度與車輛轉速無關。在電子控制單元中作進一步的傳感器信號調整時，會降低成本。用齒輪傳感器，除可檢測轉速外，還可測出角度、角速度、流量、流速、旋轉方向等等。