霍爾傳感器的誤差消除方法,霍爾傳感器在使用中的注意事項

　　霍爾傳感器是根據霍爾效應製作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）於1879年在研究金屬的導電機構時發現的。後來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象製成的各種霍爾元件，廣泛地應用於工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾係數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

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　　霍爾傳感器以無觸點，體積小，結構簡單等優點，在電測、自動控制和計算裝置等方面得到了廣泛應用。由於霍爾傳感器產生誤差的原因多，目前雖然採取了各種補償措施，但僅用一種補償電路很難有效地對各種誤差進行補償。為此，本文設計了一種電路，不用補償電路就能有效地對各種誤差進行補償。

　　主要誤差及產生原因

　　1．零位誤差

　　零位誤差是由不等位電勢所造成的。產生不等位電勢的主要原因是：2個霍爾電極沒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．寄生直流電勢誤差

　　產生寄生直流電勢的主要原因是：控制極與霍爾極元件接觸不良，形成非歐姆接觸；2個霍爾電極大小不對稱，使2個電極的熱容量不同，散熱狀態不同，兩極間出現溫差電勢，使霍爾元件產生溫漂所致。

　　3．感應零位電勢誤差

　　霍爾元件在交流或脈動磁場中工作時，即使不加控制電流，由於霍爾極分布不對稱，霍爾端也有一定輸出，其大小正比於磁場的脈動頻率、磁感應強度的幅值和兩霍爾電極引線構成的感應面積。

　　4．自勵磁場零位電勢誤差

　　當霍爾元件通以控制電流時，此電流也會產生磁場，稱自勵磁場。當電極引線不對稱時，元件兩邊磁感應強度不相等，將有自勵場的零位電勢輸出。

　　5．溫度誤差

　　

　　目前，為了消除以上誤差，除在工藝上注意外，一般都採用電阻補償電路進行補償，但在較精密的測量中效果仍不理想。

　　消除各種誤差的方法

　　

　　

　　

　　所取的電位經運放A4組成的電壓跟隨器驅動電纜的屏蔽層，這樣就較好地抑制了交流共模電壓的幹擾。圖3所示的電路，適用於各種傳感器電路。

　　（1）為了得到較好的動態特性和靈敏度，必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合，要耦合得好，最好用單根導線且導線完全填滿霍爾傳感器模塊孔徑。

　　（2）使用中當大的直流電流流過傳感器原邊線圈，且次級電路沒有接通電源或副邊開路，則其磁路被磁化，而產生剩磁，影響測量精度（故使用時要先接通電源和測量端M），發生這種情況時，要先進行退磁處理。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大小的交流電流並逐漸減小其值。

　　（3）在大多數場合，霍爾傳感器都具有很強的抗外磁場幹擾能力，一般在距離模塊5-10cm之間存在一個兩倍於工作電流Ip的電流所產生的磁場幹擾是可以忽略的，但當有更強的磁場幹擾時，要採取適當的措施來解決。通常方法有：

　　① 調整模塊方向，使外磁場對模塊的影響最小

　　② 在模塊上加罩一個抗磁場的金屬屏蔽罩

　　③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊。

　　（4）測量的最佳精度是在額定值下得到的，當被測電流遠低於額定值時，要獲得最佳精度，原邊可使用多匝，即：IpNp=額定安匝數。另外，原邊饋線溫度不應超過８０℃。

　　

　　霍爾傳感器的特點（與普通互感器比較）

　　1、 霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈衝波形等，甚至對瞬態峰值的測量。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的，它一般只適用於測量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20KV至50KV。

　　3、 精度高：在工作溫度區內精度優於1%，該精度適合於任何波形的測量。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：優於0.1%

　　5、 動態性能好：響應時間小於１μs跟蹤速度di/dt高於50A/μs

　　6、 霍爾傳感器模塊這種優異的動態性能為提高現代控制系統的性能提供了關鍵的基礎。與此相比普通的互感器響應時間為10-12ms，它已不能適應工作控制系統發展的需要。

　　7、 工作頻帶寬：在0-100kHz頻率範圍內精度為１％。在０－５kHz頻率範圍內精度為0.5%。

　　8、 測量範圍：霍爾傳感器模塊為系統產品，電流測量可達50KA，電壓測量可達6400V。

　　9、 過載能力強：當原邊電流超負荷，模塊達到飽和，可自動保護，即使過載電流是額定值的２０倍時，模塊也不會損壞。

　　10、 模塊尺寸小，重量輕，易於安裝，它在系統中不會帶來任何損失。

　　11、 模塊的初級與次級之間的「電容」是很弱的，在很多應用中，共模電壓的各種影響通常可以忽略，當達到幾千伏/μs的高壓變化時，模塊有自身屏蔽作用。

　　12、 模塊的高靈敏度，使之能夠區分在「高分量」上的弱信號，例如：在幾百安的直流分量上區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

　　14、 抗外磁場幹擾能力強：在距模塊5-10cm處有一個兩倍於工作電流（2Ip）的電流所產生的磁場幹擾而引起的誤差小於0.5%，這對大多數應用，抗外磁場幹擾是足夠的，但對很強磁場的幹擾要採取適當的措施。