什么是霍尔效应以及霍尔效应传感器的工作原理

在本教程中，我们将了解什么是霍尔效应以及霍尔效应传感器的工作原理。您可以观看以下视频或阅读下面的书面教程。

概览

霍尔效应是测量磁场的最常用方法，霍尔效应传感器非常流行，并具有许多当代应用。例如，它们可以作为车轮速度传感器以及曲轴或凸轮轴位置传感器在车辆中找到。它们还经常用作开关、MEMS 罗盘、接近传感器等。现在我们将通过其中一些传感器来了解它们是如何工作的，但首先让我们解释一下什么是霍尔效应。

这是解释霍尔效应的实验：如果我们有如图所示的薄导电板，并且我们设置电流流过它，电荷载流子将从板的一侧沿直线流向另一侧。

现在，如果我们在板附近引入一些磁场，我们会因为一种称为洛伦兹力（维基百科）的力而扰乱电荷载流子的直线流动。在这种情况下，电子会偏转到板的一侧，而正空穴会偏转到板的另一侧。这意味着如果我们现在在其他两侧之间放置一个仪表，我们将得到一些可以测量的电压。

因此，如上所述，获得可测量电压的效应在 Edwin Hall 于 1879 年发现后被称为霍尔效应。

霍尔效应磁传感器的基本霍尔元件大多提供非常小的电压，每高斯只有几微伏，因此，这些设备通常内置有高增益放大器。

霍尔效应传感器有两种类型，一种提供模拟输出，另一种提供数字输出。模拟传感器由稳压器、霍尔元件和放大器组成。从电路原理图中我们可以看出，传感器的输出是模拟的，并且与霍尔元件输出或磁场强度成正比。这些类型的传感器因其连续的线性输出而适用并用于测量接近度。

另一方面，数字输出传感器仅提供两种输出状态，“开”或“关”。这些类型的传感器有一个附加元件，如电路原理图所示。那是施密特触发器，它提供滞后或两个不同的阈值电平，因此输出要么高要么低。有关施密特触发器如何工作的更多详细信息，您可以查看我的特定教程。

这种类型的传感器的一个例子是霍尔效应开关。它们通常用作限位开关，例如在 3D 打印机和 CNC 机器中，以及用于工业自动化系统中的检测和定位。

这些传感器的其他当代应用是测量车轮/转子速度或 RPM 以及确定发动机系统中曲轴或凸轮轴的位置。这些传感器由霍尔元件和永磁体组成，它们放置在连接在旋转轴上的齿盘附近。

传感器和磁盘齿之间的间隙非常小，因此每次齿通过传感器附近时，它都会改变周围的磁场，这将导致传感器的输出变高或变低。因此传感器的输出是方波信号，可以方便地用于计算转轴的转速。