【摘要】：针对霍尔传感器在现代工业生产中广泛应用，但其测量存在精度低、只能进行接触式测量、控制不精确等问题,对此详细分析了霍尔传感器在测量过程中所产生的误差，通过分析研究, 提出对产生误差的补偿方法。 【关键词】：霍尔传感器；误差；补偿方法垃圾分类机
随着科学技术的迅猛发展，各种非电量的测试技术、自动控制技术越来越受到重视。而传感器作为测控系统中对象信息的入口， 更加倍受关注。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁敏传感器，以它体积小、结构简单等优点在自动化生产中得到了广泛的应用，尤其在测试行业和大型企业中，已成为一种替代不可的半导体器件。从原理上说它不仅用于测量电压、电流、功率和磁感应强度等电磁参数，在非电量测量技术中还广泛应用于测量直线位移、角位移和压力等非电量参数。文章在介绍霍尔效应原理及霍尔传感器测量原理的基础上，分析了影响测量误差的原因和一般采取的补偿方法。
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1. 霍尔传感器的工作原理
在磁场中垂直放置一块通有电流的金属或半导体薄片，薄片的两侧之间就会产生电动势，这种现象叫做霍尔效应。（霍尔元件示意图如下图所示） 图中，在一个N 型半导体薄片相对的两侧面通以控制电流I ，在薄片的垂直方向加以磁场B ，则由于洛仑兹力作用于半导体载流片两端，产生一个与控制电流I和磁场B乘积成正比的电动势，即霍尔电动势: VH = KH IB
式中: KH-元件的灵敏度，它不仅取决于材料，而且与元件的几何尺寸有关。
由上式可知：当电流I 保持不变时，霍尔元件处于非均匀的磁场中，输出值正比于磁感应强度，凡是能转换为磁感应强度变化的量都能进行测量，如：位移、角度、转速和加速度；当保持磁感应强度B不变，输出值正比于控制电流值，因此，凡能转换为电流变化的量均可测量；当电流I和磁感应强度B都变化时，可用于乘法、功率等方面的测量；保持电流I不变，置于一个线性梯度的磁场中移动，可制成位移传感器。
2. 霍尔元件
霍尔元件就是在霍尔效应原理的基础上制成的。由于霍尔效应在高纯度半导体中表现显著，因此霍尔元件一般选用高纯度、高迁移率的半导体材料。主要有：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟等。
3. 霍尔传感器的类型
程中的霍尔传感器主要有干簧管、极磁敏二管、磁敏三极管、磁阻传感器和霍尔传感器。虽然半导体材料产生的霍尔电势比金属材料产生的电势大，但实际应用时还需要加以放大，利用集成电路技术把霍尔元件、放大器、温度补偿器及稳压电路等集成在一个芯片上就成为性能优良的霍尔传感器，按输出端的功能，分为线性型传感器和开关型传感器。
4. 霍尔传感器在测量中产生的误差及其补偿方法
⑴ 元件材料选取方面产生的误差
元件通常由锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟等材料制作而成，但每一种材料都有自身的特性，读者应根据电路的要求选取不同材料制作的元件进行应用，否则，将会对电路测量的数据产生较大的误差。
⑵ 温度方面产生的误差
由于霍尔元件是由半导体材料制作而成，对温度的变化非常敏感。因此，其输入、输出电阻要受到温度的影响，基于此原因，我们常采用的方法是在元件的输入回路加一个恒流源，在负载端加一个合适的电阻即可。
⑶ 零位误差
① 不等位电势
电动势是零位误差中最主要的一种， 它是当霍尔元件在额定控制电流(元件在空气中温升10℃所对应的电流) 作用下， 不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电势。不等位电动势产生的原因是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片的两侧， 致使两电极点不能完全位于同一等位面上。此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜， 致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。
② 寄生直流电势误差
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产生寄生直流电势的主要原因是：控制极与霍尔极元件接触不良，形成非欧姆接触；两个霍尔电极大小不对称，使两个电极的热容量不同，散热状态不同，两极间出现温差电势，使霍尔元件产生温漂所致。
③ 感应位零电势误差
霍尔元件在交流或脉动磁场中工作时,即使不加控制电流，由于霍尔极分布不对称，使霍尔端也有一定输出，其大小正比于磁场的脉动频率、磁感应强度的幅值和两霍尔电极引线构成的感应面积。
高瓦纸④ 自激磁场零位电势误差
钛合金型材当霍尔元件通以控制电流时,此电流也会产生磁场,称自激磁场。当电极引线不对称时，元件两边磁感应强度不相等，将有自激场的零位电势输出。
上述的几种零位误差中， 寄生直流电势、感应零电势和自激磁场零电势， 是由于制作工艺上的原因而造成的误差， 可以通过工艺水平的提高加以解决， 而不等位电动势所造成的零位误差， 则必须通过补偿电路给予克服。其补偿电路如下所示：
① 不等位电势的补偿
霍尔元件原理上可以等效为1个桥式电路，产生的不等位电势就可归结为电桥的不平衡。它的补偿通常要采取桥式等效电路法，图1-3所示（图1-3中A、B为控制电极；C、D为霍尔电极）
② 寄生直流电势的补偿
对它的补偿要求的制作和安装在元件时， 应尽量改善元件的散热条件。
③ 感应位零电势以及自激磁场零位电势的补偿
因为霍尔传感器在使用过程中，最大的环境干扰就是电磁波，实际测试中可以使用以下的方法抗干扰-接地与滤波的方法：接地可使传感器、系统、地之间建立低阻抗传导通路，是消除传导耦合的重要措施，不过，电流通过地线会产生电压降，地线还可能和其它线路形成环路，产生新的干扰,所以具体接地时应注意： 所有的接地引线要尽可能地短而直，接地缆线时要避免挠性接头；对信号回路、信号屏蔽回路、电源回路，要保持各自独立的接地线，在一个接地基准点将其接在一起；电源线和返回线不能分开走，应该使用双绞线。滤
波是抑制传导干扰的主要手段。滤波器对干扰频谱成分与有用信号的成分具有良好的抑制能力,从而起到其它干扰抑制法难以起到的作用。
在霍尔传感器测量系统中,各种误差的影响不容忽视, 尤其是要求测量精度比较高的场所, 必须根据实际情况采取合适的误差补偿方法, 才能获得理想的测量效果。文中的补偿电路的结构虽然简单,但都具备的自身的特点, 便于推广应用, 对实际测量电路具有较高的使用价值。
参考文献
[1] 梁森. 自动检测与转换技术[M]. 北京：机械工业出版社，2002.
[2] 宋文绪.自动检测技术[M]. 北京：高等教育出版社，2004.
[3] 陈润泰. 检测技术与智能仪表[M]. 中南工业大学出版社，1999.
[4] 周乐挺. 传感器与检测技术[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[5] 方培生. 传感器原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，1991.
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