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无需补偿电路的霍尔传感器误差消除方法

发布时间：2017-06-07 责任编辑：susan

【导读】霍尔传感器以无触点，体积小，结构简单等优点，在电测、自动控制和计算装置等方面得到了广泛应用。由于霍尔传感器产生误差的原因多，目前虽然采取了各种补偿措施，但仅用一种补偿电路很难有效地对各种误差进行补偿。为此，本文设计了一种电路，不用补偿电路就能有效地对各种误差进行补偿。
 
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
 
主要误差及产生原因

1．零位误差
 
零位误差是由不等位电势所造成的。产生不等位电势的主要原因是：2个霍尔电极没有安装在同一等位面上；材料不均匀造成电阻分布不均匀，控制电极接触不良，造成电流分布不均匀等。
 
2．寄生直流电势误差
 
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；2个霍尔电极大小不对称，使2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．感应零位电势误差
 
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，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。
 
4．自励磁场零位电势误差
 
当霍尔元件通以控制电流时，此电流也会产生磁场，称自励磁场。当电极引线不对称时，元件两边磁感应强度不相等，将有自励场的零位电势输出。
 
5．温度误差
 
 
目前，为了消除以上误差，除在工艺上注意外，一般都采用电阻补偿电路进行补偿，但在较精密的测量中效果仍不理想。
 
消除各种误差的方法
　
 
所取的电位经运放A4组成的电压跟随器驱动电缆的屏蔽层，这样就较好地抑制了交流共模电压的干扰。图3所示的电路，适用于各种传感器电路。
 
霍尔传感器使用中的注意事项
 
（1）为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器?？榭拙?。
 
（2）使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈，且次级电路没有接通电源或副边开路，则其磁路被磁化，而产生剩磁，影响测量精度（故使用时要先接通电源和测量端M），发生这种情况时，要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源，而在原边线圈中通一同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值。
 
（3）在大多数场合，霍尔传感器都具有很强的抗外磁场干扰能力，一般在距离?？?-10cm之间存在一个两倍于工作电流Ip的电流所产生的磁场干扰是可以忽略的，但当有更强的磁场干扰时，要采取适当的措施来解决。通常方法有：
 
① 调整?？榉较颍雇獯懦《阅？榈挠跋熳钚?/div>
 
② 在?？樯霞诱忠桓隹勾懦〉慕鹗羝帘握?/div>
 
③ 选用带双霍尔元件或多霍尔元件的?？?。
 
（4）测量的最佳精度是在额定值下得到的，当被测电流远低于额定值时，要获得最佳精度，原边可使用多匝，即：IpNp=额定安匝数。另外，原边馈线温度不应超过８０℃。
 
 
霍尔传感器的特点（与普通互感器比较）
 
1、 霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的，它一般只适用于测量50Hz正弦波。
 
2、 原边电路与副边电路之间完全电绝缘，绝缘电压一般为2KV至12KV，特殊要求可达20KV至50KV。
 
3、 精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量。而普通互感器一般精度为3%至5%且适合50Hz正弦波形。
 
4、 线性度好：优于0.1%
 
5、 动态性能好：响应时间小于１μs跟踪速度di/dt高于50A/μs
 
6、 霍尔传感器?？檎庵钟乓斓亩阅芪岣呦执刂葡低车男阅芴峁┝斯丶幕　Ｓ氪讼啾绕胀ǖ幕ジ衅飨煊κ奔湮?0-12ms，它已不能适应工作控制系统发展的需要。
 
7、 工作频带宽：在0-100kHz频率范围内精度为１％。在０－５kHz频率范围内精度为0.5%。
 
8、 测量范围：霍尔传感器?？槲低巢?，电流测量可达50KA，电压测量可达6400V。
 
9、 过载能力强：当原边电流超负荷，?？榇锏奖ズ?，可自动保护，即使过载电流是额定值的２０倍时，模块也不会损坏。
 
10、 ?？槌叽缧?，重量轻，易于安装，它在系统中不会带来任何损失。
 
11、 ?？榈某跫队氪渭吨涞?ldquo;电容”是很弱的，在很多应用中，共模电压的各种影响通?？梢院雎裕贝锏郊盖Х?μs的高压变化时，?？橛凶陨砥帘巫饔谩?/div>
 
12、 ?？榈母吡槊舳?，使之能够区分在“高分量”上的弱信号，例如：在几百安的直流分量上区分出几毫安的交流分量。
 
13、 可靠性高：失效率：λ=0.43╳10-6/小时
 
14、 抗外磁场干扰能力强：在距模块5-10cm处有一个两倍于工作电流（2Ip）的电流所产生的磁场干扰而引起的误差小于0.5%，这对大多数应用，抗外磁场干扰是足够的，但对很强磁场的干扰要采取适当的措施。

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