霍尔元件的其他应用

1.霍尔式微压力传感器

霍尔式微压力传感器的原理如图8－12所示。被测压力p使弹性波纹膜盒膨胀，带动杠杆向上移动，从而使霍尔器件在磁路系统中运动，改变了霍尔器件感受的磁场大小及方向，引起霍尔电势的大小和极性的改变。由于波纹膜盒及霍尔器件的灵敏度很高，所以可用于测量微小压力的变化。

图8－12 霍尔式微压力传感器的原理

（a）结构；（b）磁场与位移的关系曲线1—磁路；2—霍尔器件；3—波纹膜盒；4—杠杆；5—外壳

2.霍尔无触点点火装置

传统的汽车气缸点火装置使用机械式的分电器，存在着点火时间不准确、触点易磨损等缺点。采用霍尔开关无触点晶体管点火装置可以克服上述缺点，提高燃烧效率。霍尔无触点点火装置如图8－13所示，图中的磁轮鼓代替了传统的凸轮及白金触点。发动机主轴带动磁轮鼓转动时，霍尔元件感受到的磁场的极性发生交替改变，它输出一连串与气缸活塞运动同步的脉动信号去触发晶体管功率开关，点火线圈二次侧产生很高的感应电压，火花塞产生火花放电，完成气缸点火过程。

图8－13 霍尔无触点点火装置

1—磁铁鼓；2—开关型霍尔集成元件；3—晶体管功率开关；4—点火线圈；5—火花塞

3.霍尔元件在无刷直流电动机中的应用

这是一种采用霍尔传感器驱动的无触点直流电动机，它的基本原理如图8－14所示。由图8－14可知，转子是长度为L的圆桶形永久磁铁，并且以径向极化，定子线圈分成4组，呈环形放入铁芯内侧槽内。当转子处于如图8－14中所示位置时，霍尔元件H1感应到转子磁场，便有霍尔电势输出，其经T4管放大后便使LX2通电，对应定子铁芯产生一个与转子成90°的超前激励磁场，它吸引转子逆时针旋转；当转子旋转90°以后，霍尔元件H2感应到转子磁场，便有霍尔电势输出，其经T2管放大后便使LX2通电，于是产生一个超前90°的激励磁场，它再吸引转子逆时针旋转。这样线圈依次通电，由于有一个超前90°的逆时针旋转磁场吸引转子，电动机便连续运转起来，其运转顺序如下：

N对H1—T4导通—LX2通电；

S对H2—T2导通—LY2通电；

S对H1—T3导通—LX1通电；

N对H2—T1导通—LX1通电。

图8－14 霍尔式无刷直流电动机的基本原理

霍尔式无刷直流电动机在实际使用时，一般需要采用速度负反馈的形式来达到电动机稳定和电动机调速的目的。霍尔元件的基本结构是在一个半导体薄片上安装了两对电极：一个为对称控制电极，输入控制电流IC；另一个为对称输出电极，输出霍尔电势。

4.霍尔式接近开关

霍尔式接近开关的工作原理如图8－15所示。

在图8－15（a）中，磁极的轴线与霍尔器件的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔器件几毫米时，霍尔器件的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，运动部件停止移动。

在图8－15（b）中，磁铁随运动部件沿x方向移动，霍尔器件从两块磁铁间隙中滑过。当磁铁与霍尔器件的间距小于某一数值时，霍尔器件输出由高电平变为低电平。与图8－15（a）不同的是，若运动部件继续向前移动滑过了头，霍尔器件的输出又将恢复高电平。

在图8－15（c）中，软铁制作的分流翼片与运动部件联动，当它移动到磁铁与霍尔部件之间时，磁力线被分流，遮挡了磁场对霍尔器件的激励，霍尔器件输出高电平。

图8－15 霍尔式接近开关的工作原理

（a）轴向接近式；（b）滑过式；（c）分流翼片式1—霍尔器件；2—磁铁；3—运动部件；4—软铁分流翼片

霍尔传感器的用途还有许多，例如，可利用廉价的霍尔元件制作电子打字机和电子琴的按键；可利用低温漂的霍尔集成电路制作霍尔式电压传感器、霍尔式电流传感器、霍尔式电度表、霍尔式高斯计、霍尔式液位计、霍尔式加速度计等。

知识拓展

霍尔传感器的其他应用

1.霍尔式图书磁条检测仪

现在图书馆大多采用开架借阅的方式，图书失窃现象常常发生。由霍尔集成传感器UGN350l为核心元件制成的图书磁条检测仪能检测图书中磁条有无经过图书管理人员的消磁，还能够检测图书中磁条的有无。没有经过消磁的磁条，其磁感应强度较大，超过磁条检测仪设定的最大工作点磁感应强度，输出较大的霍尔电势，经放大电路处理后输出高电平，推动执行电路发出报警信号。当图书磁条被抽出后，其磁感应强度为零，低于磁条检测仪设定的最小工作点磁感应强度，输出霍尔电势为零，经反相放大电路处理后输出高电平，推动执行电路发出报警信号。

2.霍尔式计数装置

霍尔集成传感器UGN350l具有较高的灵敏度。能感受到很小的磁场变化，因而能检测黑色金属的有无及个数，利用这一特性可制成钢球计数装置。其基本工作原理是：当钢球滚过传感器上方时，传感器输出峰值为200m V的脉冲，脉冲信号经运算放大器放大后送入计数器进行计数。

先导案例解决

图8－16所示为霍尔传感器构成的键盘开关。它主要由一个开关型集成霍尔传感器和两个小块永久磁铁组成，图8－16（a）所示为按钮1未按下示意图，霍尔传感器2受到磁力线方向由上向下的磁场作用。当按钮1按下时，磁铁位置变化到图8－16（b）所示的位置，此时霍尔传感器2受到磁力线方向由下向上的磁场作用，这样就使霍尔传感器在按钮按下前后输出处于不同的状态，从键盘输入的信号将被后面的逻辑电路判别后送入计算机内部。由霍尔传感器构成的键盘开关具有工作稳定、性能可靠、寿命长久等特点。

图8－16 霍尔传感器构成的键盘开关

（a）按钮放开状态；（b）按钮按下状态1—按钮；2—霍尔传感器