霍尔电流传感器可以测交流吗? 霍尔电流传感器( 三 )


霍尔传感器原理
霍尔传感器是一种利用半导体材料的霍尔效应刻星的磁传感器 。可直接测量磁场和位移,应用于电池、压力、加速度、振动等测量领域 。目前,霍尔传感器已经从分立元件发展到集成电路,受到越来越多的关注,得到了广泛的应用 。
一.电流和电压
电荷可以激发电场,对置于电场中的其他电荷产生电场力,类似于地球周围的重力场,可以对人产生引力效应 。电荷越大,电场越强,同样距离下电场力的作用越明显 。这个效应就是电压 。
也就是说,电压越大,电场越强,对电荷的作用力越大 。因为导体中有大量的自由电子(负电荷),如果对导体施加电压,就相当于在导体内部施加了一个强电场 。在这种强电场的作用力下,导体中的自由电子由于作用力而定向运动,这就是电流 。而且电压越大,电场越强,电场力移动的电荷(自由电子)越多,电流就越大 。换句话说,电流一方面代表电荷的定向运动,另一方面代表运动电荷的量(单位时间内通过导体截面的电荷量) 。
另外,电场方向是正电压指向负电压,或者电场方向是正电荷指向负电荷 。因为同性电荷相斥,异性电荷相吸,如果一个正电荷在电场中,就会被电场强制从电压正极向负极运行,这就是电流的正方向,所以电流从电压正极向负极流动的这种方向关系叫做关联参考方向 。
第二,洛伦兹力 。
洛伦兹力是一种电磁力 。电磁力包括宏观安培力和微观洛仑兹力 。所谓电磁力,是指带电导体或运动电荷处于磁场中时,会受到磁场的作用 。因为带电导体的本质是其内部电荷的定向运动,大量运动的电荷各自受到洛仑兹力,宏观上表现为安培力(每个洛仑兹力的合力) 。
洛仑兹力的方向用左手定则判断 。磁力线穿过手掌,四指指向正电荷方向(即电流正方向),拇指指向洛仑兹力方向 。在这个力的作用下,正电荷的运动会发生偏转 。
如果运动电荷带负电,四指会指向相反的方向(因为负电荷的运动方向与电流的正方向相反) 。根据左手定则,在同一个磁场中,正负电荷所受的洛伦兹力是相反的 。毫无疑问,磁场越强,运动电荷受到的洛伦兹力就越大 。
第三,霍尔效应 。
霍尔效应,是物理学家霍尔发现的,简单来说就是给半导体通电,将其置于磁场中,会产生另一个电压 。半导体通电时会有电流流动,这是自由电子定向运动形成的 。
当半导体处于磁场中时,磁铁靠近通电的半导体放置 。显然,半导体中定向运动的自由电子会被洛仑兹力偏转 。根据左手定则,磁力线从上到下穿过半导体,电子运动的方向是反方向的四指,拇指是电子偏转的方向 。
另外,在半导体中,除了自由电子之外,还有空/[k0/]空穴(或者离子,带正电荷),它们位于半导体的两侧 。因为相反的电荷集中在半导体的两侧,所以在半导体内部会形成一个内部电场,即正负电荷之间存在电场空 。
电场的建立相当于电压的存在 。这时,用电压表测量半导体的两面时,必然有一个特定的电压值,这个电压值叫做霍尔电压或霍尔电位差 。
结合上面提到的洛伦兹力,磁场越强,可以束缚的运动电荷越多,半导体两侧积累的异质电荷越多,内部电场建立的越强,即两侧电压越大 。
手机的霍尔传感器是用来做什么的?
手机霍尔传感器主要起到开关的作用 。
霍尔传感器是一种可以直接检测磁场及其变化的传感器 。通常用来间接检测铁磁性材料的位置,起到开关的作用 。我们经常看到一些皮质外壳的智能手机 。当用户合上前盖时,手机可以自动锁屏休眠,只在透明的开窗部分显示常用信息给用户看,达到省电的目的 。