壓力變送器分析霍爾式壓力計(jì)的原理及特性

    金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)巾,，磁場(chǎng)方向垂直于薄片,，如圖3一28(a)所示,，當(dāng)有電流I流過(guò)薄片時(shí),，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E,，這種現(xiàn)象稱(chēng)為報(bào)爾效應(yīng),，該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為霍爾電動(dòng)勢(shì),。上述半導(dǎo)體薄片稱(chēng)為霖爾元件,。
    Iz型霍爾元件是在摻雜濃度很低,、電阻率很大的[l型襯底上用雜質(zhì)擴(kuò)散法制作出如圖3一28(b)所示的N`導(dǎo)電Ut(a一b段),，它的厚度非常薄,，電阻值約幾百歐。在a一b導(dǎo)電薄片的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地用雜質(zhì)擴(kuò)散法制作出霍爾電動(dòng)勢(shì)引出端c,d,，因此它是四端元件,。其中一對(duì)(a,b端)稱(chēng)為激勵(lì)電流端，另外一對(duì)(c,d端)稱(chēng)為露爾電動(dòng)勢(shì)輸出端,，c,d端一般應(yīng)處于側(cè)面的中點(diǎn),。
    現(xiàn)以N型半一導(dǎo)體霍爾元件為例來(lái)說(shuō)明霖爾傳感器的工作原理，如圖3一28(a)所示,。當(dāng)激勵(lì)電流端通人電流I,，并將薄片置于磁場(chǎng)中，設(shè)該磁場(chǎng)垂直于薄片,，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,，這時(shí)電子(運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反)將受到洛侖茲力F,‘的作用，向內(nèi)側(cè)偏移,，該側(cè)形成電子的堆積,，從而在薄片的a,d方向產(chǎn)生電場(chǎng)E,隨后的電子一方面受到洛侖茲力F,.的作用，另一方面又同時(shí)受到該電場(chǎng)力F,。的作用,。從圖3 -28(a)可以看出，這兩種力的方向恰好相反,。電子積累越多,，F(xiàn)也越大，而洛侖茲力保持不變,。最后,，當(dāng)時(shí)，電子的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,。這時(shí),，在半導(dǎo)體薄片。,d方向的端面之間建立的電動(dòng)勢(shì)E就是霍爾電動(dòng)勢(shì),。
    由實(shí)驗(yàn)可知,，流人激勵(lì)電流端的電流I越大、作用在薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng),，祖爾電動(dòng)勢(shì)也就越高,。霸爾電動(dòng)勢(shì)E可用下式表示，即式中,，K,。為霍爾元件的靈敏度。
    若磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直于霍爾元件,，而是與其法線成某一角度0時(shí),，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向(與薄片垂直的方向)的分量,，即Bcose，這時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)為
    從式(3-22)可知,，霍爾電動(dòng)勢(shì)與輸人電流I,、磁感應(yīng)強(qiáng)度r,成正比，且當(dāng)B的方向改變時(shí),，霍爾電動(dòng)勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng),，則霍爾電動(dòng)勢(shì)為同頻率的交變電動(dòng)勢(shì),。
    目前常用的霍爾元件材料是FI型硅，它的霍爾靈敏度,、溫度特性,、線性度均較好，而銻化錮(InSb),、砷化錮(InAs),、鍺(Ge)等也是常用的霍爾元件材料，砷化稼( GaAs)是新型的霍爾元件材料,，今后將逐漸得到應(yīng)用,。近年來(lái)，已采用外延離子注人工藝或采用濺射工藝制造出了尺寸小,、性能好的薄膜型v爾元件,，如圖3 -28(b)所示。它由襯底,、十字形薄膜,、引線(電極)及塑料外殼等組成。它的靈敏度,、穩(wěn)定性,、對(duì)稱(chēng)性等均比老工藝優(yōu)越得多，目前得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。
    霍爾元件的殼體可用塑料,、環(huán)氧樹(shù)脂等制造，封裝后的外形如圖3 -28(d)所示,。

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