【導(dǎo)讀】霍爾傳感器以無(wú)觸點(diǎn)，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在電測(cè)、自動(dòng)控制和計(jì)算裝置等方面得到了廣泛應(yīng)用。由于霍爾傳感器產(chǎn)生誤差的原因多，目前雖然采取了各種補(bǔ)償措施，但僅用一種補(bǔ)償電路很難有效地對(duì)各種誤差進(jìn)行補(bǔ)償。為此，本文設(shè)計(jì)了一種電路，不用補(bǔ)償電路就能有效地對(duì)各種誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
主要誤差及產(chǎn)生原因
1．零位誤差
零位誤差是由不等位電勢(shì)所造成的。產(chǎn)生不等位電勢(shì)的主要原因是：2個(gè)霍爾電極沒(méi)有安裝在同一等位面上；材料不均勻造成電阻分布不均勻，控制電極接觸不良，造成電流分布不均勻等。
2．寄生直流電勢(shì)誤差
產(chǎn)生寄生直流電勢(shì)的主要原因是：控制極與霍爾極元件接觸不良，形成非歐姆接觸；2個(gè)霍爾電極大小不對(duì)稱，使2個(gè)電極的熱容量不同，散熱狀態(tài)不同，兩極間出現(xiàn)溫差電勢(shì)，使霍爾元件產(chǎn)生溫漂所致。
3．感應(yīng)零位電勢(shì)誤差
霍爾元件在交流或脈動(dòng)磁場(chǎng)中工作時(shí)，即使不加控制電流，由于霍爾極分布不對(duì)稱，霍爾端也有一定輸出，其大小正比于磁場(chǎng)的脈動(dòng)頻率、磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值和兩霍爾電極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積。
4．自勵(lì)磁場(chǎng)零位電勢(shì)誤差
當(dāng)霍爾元件通以控制電流時(shí)，此電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱自勵(lì)磁場(chǎng)。當(dāng)電極引線不對(duì)稱時(shí)，元件兩邊磁感應(yīng)強(qiáng)度不相等，將有自勵(lì)場(chǎng)的零位電勢(shì)輸出。
5．溫度誤差
目前，為了消除以上誤差，除在工藝上注意外，一般都采用電阻補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償，但在較精密的測(cè)量中效果仍不理想。
消除各種誤差的方法
所取的電位經(jīng)運(yùn)放A4組成的電壓跟隨器驅(qū)動(dòng)電纜的屏蔽層，這樣就較好地抑制了交流共模電壓的干擾。圖3所示的電路，適用于各種傳感器電路。
霍爾傳感器使用中的注意事項(xiàng)
（1）為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合，要耦合得好，最好用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線完全填滿霍爾傳感器模塊孔徑。
（2）使用中當(dāng)大的直流電流流過(guò)傳感器原邊線圈，且次級(jí)電路沒(méi)有接通電源或副邊開(kāi)路，則其磁路被磁化，而產(chǎn)生剩磁，影響測(cè)量精度（故使用時(shí)要先接通電源和測(cè)量端M），發(fā)生這種情況時(shí)，要先進(jìn)行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源，而在原邊線圈中通一同樣等級(jí)大小的交流電流并逐漸減小其值。
（3）在大多數(shù)場(chǎng)合，霍爾傳感器都具有很強(qiáng)的抗外磁場(chǎng)干擾能力，一般在距離模塊5-10cm之間存在一個(gè)兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾是可以忽略的，但當(dāng)有更強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決。通常方法有：
① 調(diào)整模塊方向，使外磁場(chǎng)對(duì)模塊的影響最小
② 在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)的金屬屏蔽罩
③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊。
（4）測(cè)量的最佳精度是在額定值下得到的，當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí)，要獲得最佳精度，原邊可使用多匝，即：IpNp=額定安匝數(shù)。另外，原邊饋線溫度不應(yīng)超過(guò)８０℃。
霍爾傳感器的特點(diǎn)（與普通互感器比較）
1、 霍爾傳感器可以測(cè)量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對(duì)瞬態(tài)峰值的測(cè)量。副邊電流忠實(shí)地反應(yīng)原邊電流的波形。而普通互感器則是無(wú)法與其比擬的，它一般只適用于測(cè)量50Hz正弦波。
2、 原邊電路與副邊電路之間完全電絕緣，絕緣電壓一般為2KV至12KV，特殊要求可達(dá)20KV至50KV。
3、 精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測(cè)量。而普通互感器一般精度為3%至5%且適合50Hz正弦波形。
4、 線性度好：優(yōu)于0.1%
5、 動(dòng)態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間小于１μs跟蹤速度di/dt高于50A/μs
6、 霍爾傳感器模塊這種優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能為提高現(xiàn)代控制系統(tǒng)的性能提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)。與此相比普通的互感器響應(yīng)時(shí)間為10-12ms，它已不能適應(yīng)工作控制系統(tǒng)發(fā)展的需要。
7、 工作頻帶寬：在0-100kHz頻率范圍內(nèi)精度為１％。在０－５kHz頻率范圍內(nèi)精度為0.5%。
8、 測(cè)量范圍：霍爾傳感器模塊為系統(tǒng)產(chǎn)品，電流測(cè)量可達(dá)50KA，電壓測(cè)量可達(dá)6400V。
9、 過(guò)載能力強(qiáng)：當(dāng)原邊電流超負(fù)荷，模塊達(dá)到飽和，可自動(dòng)保護(hù)，即使過(guò)載電流是額定值的２０倍時(shí)，模塊也不會(huì)損壞。
10、 模塊尺寸小，重量輕，易于安裝，它在系統(tǒng)中不會(huì)帶來(lái)任何損失。
11、 模塊的初級(jí)與次級(jí)之間的“電容”是很弱的，在很多應(yīng)用中，共模電壓的各種影響通常可以忽略，當(dāng)達(dá)到幾千伏/μs的高壓變化時(shí)，模塊有自身屏蔽作用。
12、 模塊的高靈敏度，使之能夠區(qū)分在“高分量”上的弱信號(hào)，例如：在幾百安的直流分量上區(qū)分出幾毫安的交流分量。
13、 可靠性高：失效率：λ=0.43╳10-6/小時(shí)
14、 抗外磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)：在距模塊5-10cm處有一個(gè)兩倍于工作電流（2Ip）的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾而引起的誤差小于0.5%，這對(duì)大多數(shù)應(yīng)用，抗外磁場(chǎng)干擾是足夠的，但對(duì)很強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾要采取適當(dāng)?shù)拇胧?/div>
