霍爾傳感器 溫度：為何霍爾傳感器一般都會有溫度漂移
這個問題要從霍爾傳感器的工作原理說起，為了做成一個帶霍爾效應(yīng)器件的電流傳感器，需要用一個磁芯將導(dǎo)體電流周圍的磁場集中起來，同時這個磁芯中要開一個槽，用于容納實際的霍爾元件。尺寸相對較小的槽(相對于整個磁路長度而言)會形成一個接近均勻且垂直于霍爾元件平面的磁場。當(dāng)霍爾元件獲得電流能量時，將產(chǎn)生一個正比于勵磁電流和磁芯磁場的電壓。這個霍爾電壓經(jīng)放大后從電流傳感器的輸出端輸出。
由于載流導(dǎo)體和磁芯之間沒有電氣上的連接(耦合的只是磁場)，傳感器實際上是與待測電路隔離的。載流導(dǎo)體可能有很高的電壓，而霍爾效應(yīng)電流傳感器的輸出可以安 全地連接到接地電路，或連接到相對載流導(dǎo)體任意電位的電路，因此提供滿足*嚴(yán)格安 全標(biāo)準(zhǔn)的間隙與爬電值也相對比較容易。然而，這種線性傳感器也存在一些缺點(diǎn)。其中*不重要的缺點(diǎn)也許是霍爾效應(yīng)傳感器要求恒定勵磁電流這個事實。另外，處理來自霍爾效應(yīng)傳感器的信號的放大和調(diào)節(jié)電路通常要消耗顯著的能量。當(dāng)然，這個能耗也許不那么顯著，要看具體的應(yīng)用。盡管如此，用于連續(xù)測量電流的霍爾傳感器能耗也不能小至毫瓦級。
因為典型的線性傳感器輸出是按比例量測的(不僅取決于被測的磁場強(qiáng)度，而且取決于勵磁電流值)，勵磁電流的穩(wěn)定性將極大地影響待測電流幅度以及沒有電流流動時的零偏移。一般來說，后兩者都取決于供電電壓的穩(wěn)定和溫度變化(因為影響勵磁電流和霍爾電壓本身的霍爾傳感元件電阻取決于工作溫度)。
測量勵磁電流并在輸出中考慮該因素的傳感器變種是可能的。但它要求精密的外部元件和較大的處理電路。而且霍爾電壓是待測磁場的非線性函數(shù)，這進(jìn)一步增加了傳感器的誤差。
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霍爾傳感器 溫度：簡述溫度霍爾傳感器應(yīng)用領(lǐng)域方面的知識
在工業(yè)和汽車應(yīng)用方面，霍爾傳感器首先要滿足工業(yè)或汽車認(rèn)證對器件的要求，例如安全性、穩(wěn)定性和溫度范圍要達(dá)到相應(yīng)的級別。
隨著這些終端應(yīng)用產(chǎn)品的不斷發(fā)展，霍爾傳感器也呈現(xiàn)出五大發(fā)展趨勢：
霍爾傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用
一、微型化趨勢
市場上很多霍爾傳感器都采用了各種小型封裝。最近，美信宣布將推出一種采用μCSP封裝(微米芯片級封裝)的霍爾傳感器，它的面積只有1mm×1mm，這樣的尺寸非常適合空間較小的應(yīng)用，例如手機(jī)、電動機(jī)中的間隙等領(lǐng)域。
二、高集成度
目前，霍爾傳感器已經(jīng)成為智能傳感器。例如，廠商基本上已經(jīng)把各種保護(hù)電路和補(bǔ)償電路、轉(zhuǎn)換器集成到了霍爾傳感器上。而為了實現(xiàn)可編程霍爾傳感器，廠商將EEROM(電可擦只讀存儲器)集成進(jìn)來也是一種趨勢。國內(nèi)的需求正在向高端可編程霍爾傳感器的方向發(fā)展。因為可編程霍爾傳感器可以降低客戶生產(chǎn)環(huán)節(jié)的失效率，縮短生產(chǎn)的周期，提高生產(chǎn)的效率，所以受到客戶的歡迎。
溫度霍爾傳感器應(yīng)用
三、溫度性能
霍爾傳感器如何在高溫下長時間保持較高的可靠性將成為工程師的重大課題。因為，當(dāng)霍爾傳感器長期處于較高的工作溫度時，芯片與基板之間的引線鍵合(bonding)將可能出現(xiàn)松動或斷裂等現(xiàn)象，從而影響傳感器的正常工作。目前多數(shù)霍爾傳感器的工作溫度是65℃到85℃，這在汽車中還可以適用。但在一些工業(yè)應(yīng)用中，工作溫度高達(dá)160℃甚至185℃，霍爾傳感器要適合這些場合的應(yīng)用還需提高溫度指標(biāo)。
四、高靈敏度
目前霍爾傳感器最高的靈敏度可以達(dá)到幾十高斯。在工業(yè)和汽車應(yīng)用領(lǐng)域中，靈敏度在200高斯到500高斯的霍爾傳感器就可以很好地完成應(yīng)用任務(wù)。不斷提高霍爾傳感器的靈敏度可以開啟新的應(yīng)用市場，因此，這也是業(yè)界努力的目標(biāo)。霍爾傳感器目前的挑戰(zhàn)之一就是電路必須能感應(yīng)非常小的磁場以及磁場的細(xì)微變化。
五、新的霍爾元件結(jié)構(gòu)
一般線性霍爾傳感器要實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位置的測量，要采用非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而好的結(jié)構(gòu)在國際上都有專利。采用這些結(jié)構(gòu)的企業(yè)需要繳納專利費(fèi)。為此，一些企業(yè)推出測量水平磁場的霍爾傳感器，它可以更易實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的測量，因此沒有專利費(fèi)問題。
綜上所述，溫度霍爾傳感器應(yīng)用將在這五個領(lǐng)域方面得到發(fā)展和成熟，更多關(guān)于溫度傳感器應(yīng)用的內(nèi)容，歡迎留意傳感器專家網(wǎng)的官網(wǎng)。
霍爾傳感器 溫度：霍爾傳感器測量系統(tǒng)及溫度補(bǔ)償方法
霍爾傳感器測量系統(tǒng)及溫度補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種霍爾傳感器測量系統(tǒng)及溫度補(bǔ)償方法，測量系統(tǒng)包括霍爾傳感器、CPU和勵磁電流提供電路，勵磁電流提供電路通過勵磁電流輸入引線給霍爾傳感器提供勵磁電流，霍爾傳感器經(jīng)電壓輸出引線輸出測量電壓給CPU，CPU對勵磁電流輸入引線兩端的電壓進(jìn)行采樣和測量，方法為在已知溫度的標(biāo)準(zhǔn)磁場中標(biāo)定、校準(zhǔn)兩個點(diǎn)，通過聯(lián)立方程求出下式中的系數(shù)K1和K2：磁場強(qiáng)度=K1×磁場強(qiáng)度電壓值+K2×溫度電壓值，上式中，K1和K2為人為設(shè)定系數(shù)，CPU采樣到勵磁電流輸入引線兩端的代表溫度的電壓值之后，利用線性公式對磁場強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償，從而求解任何未知磁場的強(qiáng)度。
【專利說明】霍爾傳感器測量系統(tǒng)及溫度補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種霍爾傳感器及其使用方法，特別是一種霍爾傳感器測量系統(tǒng)及溫度補(bǔ)償方法，用于磁場強(qiáng)度測量的霍爾磁傳感器，以及由其構(gòu)成的測量探頭，可廣泛應(yīng)用于檢測磁場、檢測鐵磁物質(zhì)、在直流電機(jī)中作傳感器、無損探傷、汽車內(nèi)檢測元件、自動化裝備元件、電子設(shè)備檢測元件如智能手機(jī)等 。
【背景技術(shù)】
[0002]霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。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)比金屬強(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)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。請參看附圖1，現(xiàn)有的霍爾磁傳感器一般厚度在0.3mnTl mm之間，而且其溫度漂移都比較大，根據(jù)品質(zhì)的不同，一般在30(T3000ppm/°C之間，因此要獲得較高精度的磁場測量，在霍爾傳感器使用時必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。目前，所有的高精度霍爾磁傳感器探頭基本都是把霍爾磁傳感器和溫度傳感器封裝在一起，同時對磁場和溫度進(jìn)行測量，以便對測出的磁場強(qiáng)度進(jìn)行溫度補(bǔ)償修正。但由于溫度傳感器一般厚度都比較大，因而封裝的探頭就很難做到超薄化和超小型。而且兩個器件封裝在一起，也增加了封裝工藝的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。不能滿足狹小縫隙磁場測量的特殊要求，而這部分市場的需求量還是比較大的。其實，即使非狹小縫隙磁場的測量探頭尺寸也是越小越好，這是業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的霍爾傳感器體積較大的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的霍爾傳感器測量系統(tǒng)及溫度補(bǔ)償方法，其利用勵磁電流輸入引線的電壓與溫度有著很好的線性對應(yīng)關(guān)系作為對溫度的補(bǔ)償，能達(dá)到很好的測量精度。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種霍爾傳感器測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)包括霍爾傳感器、CPU和勵磁電流提供電路，勵磁電流提供電路通過勵磁電流輸入引線給霍爾傳感器提供勵磁電流，霍爾傳感器經(jīng)電壓輸出引線輸出測量電壓給CPU，CPU對勵磁電流輸入引線兩端的電壓進(jìn)行采樣和測量。
[0005]一種采用上述的霍爾傳感器測量系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方法，該方法為在已知溫度的標(biāo)準(zhǔn)磁場中標(biāo)定、校準(zhǔn)兩個點(diǎn)，通過聯(lián)立方程求出下式中的系數(shù)Kl和K2:
磁場強(qiáng)度=Kl X磁場強(qiáng)度電壓值+ K2 X溫度電壓值 (I)
式(I)中，Kl和K2為人為設(shè)定系數(shù)，CPU采樣到勵磁電流輸入引線兩端的代表溫度的電壓值之后，利用線性公式(I)對磁場強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償，從而求解任何未知磁場的強(qiáng)度。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括:
所述的勵磁電流輸入引線和CPU之間連接有隔離放大器。
[0007]所述的隔離放大器采用高阻抗的CMOS運(yùn)算放大器，而且連接成“射隨器”的形式。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明比現(xiàn)有的霍爾磁傳感器探頭有兩大優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明在不改變霍爾磁傳感器探頭的精度的情況下，通過去掉溫度傳感器，而使探頭的封裝尺寸小到極致，基本與霍爾磁傳感器的尺寸相同，從而滿足業(yè)界對霍爾磁傳感器探頭尺寸的要求。2、由于取消了溫度傳感器，在使用時減少了 2至4根連接線，同時連接插座尺寸相應(yīng)的也減小了，另外霍爾探頭由于無需封裝溫度傳感器件，封裝和生產(chǎn)工藝也簡單了許多，方便與經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。
[0009]下面將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中霍爾傳感器連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明霍爾傳感器連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明【具體實施方式】框圖。
【具體實施方式】
[0013]本實施例為本發(fā)明優(yōu)選實施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0014]請參看附圖2和附圖3，本發(fā)明中的霍爾傳感器和常規(guī)的霍爾傳感器一樣，其連接成的測量系統(tǒng)包括勵磁電流提供電路、CPU和霍爾傳感器，勵磁電流提供電路為霍爾傳感器提供勵磁電流，霍爾傳感器經(jīng)電壓輸出引線輸出測量電壓給CPU，通過測量電壓值可計算獲取磁場強(qiáng)度值，本實施例中，CPU采用自帶ADC采樣模塊的CPU，如果CPU不帶有ADC采樣模塊，則需外置ADC采樣模塊，測量電壓先輸入ADC采樣模塊后再輸入給CPU，本發(fā)明中，CPU同時對勵磁電流輸入引線兩端的電壓進(jìn)行采樣和測量，此處同樣需要將電壓值輸入給ADC采樣模塊，大量的實驗和結(jié)果都證明，勵磁電流輸入引線兩端的電壓與溫度有著很好的線性對應(yīng)關(guān)系，與PN結(jié)的溫度特性相吻合，其測溫誤差在-20°C?+500C范圍內(nèi)不超過土 1°C，這對溫度修正來說已經(jīng)可以做到較高的精度了，一般霍爾探頭封裝的溫度傳感器精度在±3°C就能足以滿足要求。本實施例中，在霍爾傳感器的勵磁電流輸入引線和CPU之間連接有隔離放大器，隔離放大器采用高阻抗的CMOS運(yùn)算放大器，而且連接成“射隨器(又稱射極跟隨器)”的形式，由于勵磁電流一般都是毫安級別的(ImA至幾十甚至幾百mA)，常用霍爾磁傳感器的勵磁電流比較小，為ImiTlOmA.因此隔離運(yùn)放要使用高阻抗的CMOS運(yùn)算放大器，而且要連接成“射隨器”的形式，這樣高達(dá)1000ΜΩ的輸入阻抗對勵磁電流的分流影響是PA級別的，與mA級別的勵磁電流相比，其影響程度是百萬分之幾，即使對于精度達(dá)萬分之幾的高精度磁場測量來說，也是完全可以忽略。
[0015]本發(fā)明中，采用上述霍爾傳感器測量系統(tǒng)進(jìn)行霍爾傳感器溫度補(bǔ)償方法，其步驟如下:
(PU采樣到勵磁電流輸入引線兩端的代表溫度的電壓值之后，利用下面的線性公式(傳感器特性指標(biāo)所規(guī)定，其實磁場與溫度并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但這可以通過多校準(zhǔn)幾個溫度點(diǎn)，利用折線來模擬實際曲線，以實現(xiàn)高精度測量。)對磁場強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償:
磁場強(qiáng)度=Kl X磁場強(qiáng)度電壓值+ K2 X溫度電壓值 (I)
由上式可以看出，只要在已知溫度的標(biāo)準(zhǔn)磁場中標(biāo)定、校準(zhǔn)兩個點(diǎn)，就可以通過聯(lián)立方程求出系數(shù)Kl和K2，從而由式(I)求解任何未知磁場的強(qiáng)度。這和目前通用的外接溫度傳感器的計算方法是一致的。
[0016]本發(fā)明中，CPU的運(yùn)算流程包括正常測量流程和用戶中斷處理流程兩種，其中 正常測量流程包括下述步驟:
(1)、開機(jī)；
(2)、采樣磁場強(qiáng)度電壓值；
(3)、采樣溫度電壓值；
(4)、利用默認(rèn)系數(shù)Kl和K2以及公式(I)計算磁場強(qiáng)度；
(5)、輸出；
(6)、回到采樣。
[0017]用戶中斷處理流程包括下述步驟:
(1)、用戶操作校準(zhǔn)按鍵；
(2)、CPU進(jìn)入中斷處理；
(3)、接受用戶輸入的兩個基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度和磁場強(qiáng)度值；
(4)、進(jìn)行內(nèi)部電壓和溫度采樣；
(5)、按照公式(I)生成聯(lián)立方程計算系數(shù)Kl和K2；
(6)、更新并保存默認(rèn)的系數(shù)Kl和K2；
(7)、設(shè)立校準(zhǔn)標(biāo)志和時間；
(8)、退出中斷，進(jìn)入正常測量流程。
[0018]本發(fā)明比現(xiàn)有的霍爾磁傳感器探頭有兩大優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明在不改變霍爾磁傳感器探頭的精度的情況下，通過去掉溫度傳感器，而使探頭的封裝尺寸小到極致，基本與霍爾磁傳感器的尺寸相同，從而滿足業(yè)界對霍爾磁傳感器探頭尺寸的要求。2、由于取消了溫度傳感器，在使用時減少了 2至4根連接線，同時連接插座尺寸相應(yīng)的也減小了，另外霍爾探頭由于無需封裝溫度傳感器件，封裝和生產(chǎn)工藝也簡單了許多，方便與經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種霍爾傳感器測量系統(tǒng)，其特征是:所述的測量系統(tǒng)包括霍爾傳感器、CPU和勵磁電流提供電路，勵磁電流提供電路通過勵磁電流輸入引線給霍爾傳感器提供勵磁電流，霍爾傳感器經(jīng)電壓輸出引線輸出測量電壓給CPU，CPU對勵磁電流輸入引線兩端的電壓進(jìn)行采樣和測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霍爾傳感器測量系統(tǒng)，其特征是:所述的勵磁電流輸入引線和CPU之間連接有隔離放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霍爾傳感器測量系統(tǒng)，其特征是:所述的隔離放大器采用高阻抗的CMOS運(yùn)算放大器，而且連接成“射隨器”的形式。
4.一種采用如權(quán)利要求1或2或3所述的霍爾傳感器測量系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方法，其特征是:所述的方法為在已知溫度的標(biāo)準(zhǔn)磁場中標(biāo)定、校準(zhǔn)兩個點(diǎn)，通過聯(lián)立方程求出下式中的系數(shù)Kl和K2: 磁場強(qiáng)度=Kl X磁場強(qiáng)度電壓值+ K2 X溫度電壓值 (I) 式(I)中，Kl和K2為人為設(shè)定系數(shù)， (PU采樣到勵磁電流輸入引線兩端的代表溫度的電壓值之后，利用線性公式(I)對磁場強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償，從而求解任何未知磁場的強(qiáng)度。
【文檔編號】G01R33/07GKSQ
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】項飆 申請人:深圳市柯雷科技開發(fā)有限公司
霍爾傳感器 溫度：霍爾式傳感器
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霍爾式傳感器
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霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但是由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開始用半導(dǎo)體材料制作霍爾元件，由于他的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。霍爾傳感器是一種當(dāng)交變磁場經(jīng)過時產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵磁場的場強(qiáng)決定的。因此，霍爾傳感器不需要外界電源供電。
中文名
霍爾式傳感器
原 理
基于霍爾效應(yīng)
應(yīng) 用
電子式水表、氣表、電表
發(fā)現(xiàn)者
美國物理學(xué)家霍爾
目錄
1
應(yīng)用范圍：
2
工作原理：
3
測量誤差補(bǔ)償：
?
零位誤差極其補(bǔ)償
?
溫度誤差及補(bǔ)償
霍爾式傳感器應(yīng)用范圍：
編輯
語音
1.電子式水表、氣表、電表和遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)2.控制設(shè)備中傳送速度的測量3.無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和速度控制4.在工程中測量轉(zhuǎn)動速度和其他機(jī)械上的自動化應(yīng)用5.轉(zhuǎn)速儀、速度表以及其他轉(zhuǎn)子式計量裝置霍爾傳感器的應(yīng)用非常的廣泛，在測量領(lǐng)域，可用于測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。在通訊領(lǐng)域，可用于放大器、振蕩器、相敏檢波、混頻、分頻已經(jīng)微波功率測量等。在自動化技術(shù)領(lǐng)域，可用于無刷直流電機(jī)、速度傳感、位置傳感、自動記數(shù)、接近開關(guān)、霍爾自整角機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)和自動電力拖動系統(tǒng)等。
霍爾式傳感器工作原理：
編輯
語音
是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進(jìn)行測量的一種磁敏式傳感器。它可以直接測量磁場和微位移量，應(yīng)用于電池測量、壓力、加速度、振動等方面的測量領(lǐng)域。霍爾傳感器已從分立元件發(fā)展到集成電路的階段，正越來越受人們的重視，應(yīng)用日益廣泛。
霍爾式傳感器測量誤差補(bǔ)償：
編輯
語音
常見的產(chǎn)生誤差的因素有：半導(dǎo)體本身固有的特性、半導(dǎo)體制造工藝水平、環(huán)境溫度變化、霍爾傳感器的安裝是否合理等，測量誤差一般表現(xiàn)為零誤差和溫度誤差。
霍爾式傳感器零位誤差極其補(bǔ)償
當(dāng)霍爾元件的激勵電流I不再為零時，若所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零。則霍爾電勢仍應(yīng)為零，但實際中若不為零，則此時空載的霍爾電勢稱為零位誤差。它一般由一下兩種電勢組成。
霍爾式傳感器溫度誤差及補(bǔ)償
由于半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度都隨溫度而變化，用此材料制成的霍爾元件的性能參數(shù)必然隨溫度而變化，致使霍爾電勢變化，產(chǎn)生溫度誤差。為了減小溫度誤差，除選用溫度系數(shù)較小的材料如砷化茵外，還可以采取一些恒溫措施。或者采用恒流源或恒壓源配合補(bǔ)償電阻供電，這樣可以減小元件內(nèi)阻隨溫度變化而引起的控制電流變化。
