霍爾傳感器誤差原因及補(bǔ)償措施

章程

摘要??? 本文介紹了霍爾傳感器在應(yīng)用過程中存在的測量精度誤差原因，并且有針對(duì)性的提出了補(bǔ)償方法。霍爾傳感器的材料一般是半導(dǎo)體，因此容易受溫度變化的干擾，且制造過程中由于霍爾電極位置影響，會(huì)產(chǎn)生溫度誤差和零位誤差。為了保證測量的精度，使用霍爾傳感器進(jìn)行測量時(shí)一定要對(duì)溫度誤差和零位誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

【關(guān)鍵詞】霍爾傳感器 零位誤差 溫度誤差補(bǔ)償方法

依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的霍爾傳感器具有頻帶響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)勢(shì)，還可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，因此被廣泛應(yīng)用到位移、計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)速等各方面的測量。但也具有一定的局限性，如半導(dǎo)體材料隨溫度變化明顯，直接或間接地影響到霍爾傳感器的準(zhǔn)確性，依靠溫度補(bǔ)償方法可以對(duì)霍爾傳感器加以改進(jìn)，提高測量精度，零位誤差的存在也會(huì)使測量精度受到影響，因此合適的補(bǔ)償措施是必要的。

1 霍爾效應(yīng)原理

如圖1所示，一個(gè)N型半導(dǎo)體的薄片或金屬，長為L，寬為W，厚度為d。在與半導(dǎo)體薄片平面垂直的方向上施加磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，并且在L方向上通入電流I。按照N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電規(guī)律，自由電子將會(huì)向著和電流I相反的方向移動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)速度v，當(dāng)磁場中的自由電子受到洛倫茲力F的作用后，正負(fù)電荷將分別沿著垂直于磁場和電流的方向往導(dǎo)體兩側(cè)移動(dòng)，最終匯集在導(dǎo)體兩側(cè)形成一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)UH，即霍爾電動(dòng)勢(shì)，稱這種現(xiàn)象霍爾效應(yīng)。

霍爾電壓大小：公式

2 影響測量精確度的因素

2.1 溫度誤差

霍爾傳感器的材料一般是半導(dǎo)體，隨溫度變化較為明顯，尤其是輸入輸出電阻和靈敏度隨溫度變化而變化，導(dǎo)致對(duì)測量的精度有著很大的影響。

2.2 不等位電勢(shì)影響

因?yàn)橹圃旒夹g(shù)有限，很難保證準(zhǔn)確地將兩個(gè)霍爾電極完全對(duì)稱地焊在霍爾片的左右兩邊，導(dǎo)致兩電極點(diǎn)不能精確地處于同一等勢(shì)面上。并且材料自身也存在問題，如材料的電阻率不夠均勻、材料的厚度不夠均勻以及控制電流極接觸不良使等位面傾斜等問題，這些都會(huì)導(dǎo)致不等位電勢(shì)的形成。

3 對(duì)各因素的補(bǔ)償措施

3.1 溫度誤差補(bǔ)償措施

（1）使用溫度系數(shù)較小的半導(dǎo)體作為材料，如InAs。

（2）使用恒流源供電且輸入回路并聯(lián)電阻補(bǔ)償方法。

溫度補(bǔ)償電阻計(jì)算公式：

公式

對(duì)于一個(gè)確定的霍爾元件，其參數(shù)Ri（霍爾元件輸入電阻）、α（霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)）、δ（霍爾元件靈敏度的溫度系數(shù)）是確定值，通過上式即可求得補(bǔ)償電阻R0及其溫度系數(shù)β，可以選取不同溫度系數(shù)的電阻進(jìn)行串并聯(lián)組合作為分流電阻。

（3）選取合適的負(fù)載電阻RL。

（4）使用恒壓源供電且輸入回路串聯(lián)電阻補(bǔ)償方法。

（5）采用溫度補(bǔ)償元件：電流源（電壓源）同熱敏電阻進(jìn)行串并聯(lián)組合。

3.2 零位誤差補(bǔ)償措施

（1）降低U0。（2）采用補(bǔ)償電路：該補(bǔ)償電路如圖2所示，其原理為：該補(bǔ)償電路原理為：需要調(diào)整電阻值時(shí)我們常用的方法是電橋電路法。將霍爾傳感器看成一個(gè)電橋，假設(shè)兩霍爾電極位于同一等位面上，說明電橋?yàn)槠胶鉅顟B(tài);反之，說明電橋不平衡，此時(shí)調(diào)整可使電橋平衡（外接電阻阻值應(yīng)大于霍爾傳感器內(nèi)阻阻值）。

4 結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步，我們更加重視傳感器的精度問題。霍爾傳感器有著廣泛的應(yīng)用，但由于測量精度隨溫度變化明顯，并且存在不等位電勢(shì)等原因，霍爾傳感器的精確性存在局限。針對(duì)各種誤差列舉出了相應(yīng)誤差補(bǔ)償措施，其中溫度誤差補(bǔ)償措施有5點(diǎn)，零位誤差補(bǔ)償措施有2點(diǎn)，較為廣泛的是采用補(bǔ)償電路。使用以上補(bǔ)償措施對(duì)霍爾傳感器進(jìn)行改進(jìn)，將會(huì)極大的提高霍爾傳感器精度并且對(duì)其未來的使用和發(fā)展具有積極的意義。

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