压力变送器分析霍尔式压力计的原理及特性

    金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场巾，磁场方向垂直于薄片，如图3一28(a)所示，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E，这种现象称为报尔效应，该电动势称为霍尔电动势。上述半导体薄片称为霖尔元件。
    Iz型霍尔元件是在掺杂浓度很低、电阻率很大的[l型衬底上用杂质扩散法制作出如图3一28(b)所示的N`导电Ut(a一b段)，它的厚度非常薄，电阻值约几百欧。在a一b导电薄片的两侧对称地用杂质扩散法制作出霍尔电动势引出端c,d，因此它是四端元件。其中一对(a,b端)称为激励电流端，另外一对(c,d端)称为露尔电动势输出端，c,d端一般应处于侧面的中点。
    现以N型半一导体霍尔元件为例来说明霖尔传感器的工作原理，如图3一28(a)所示。当激励电流端通人电流I，并将薄片置于磁场中，设该磁场垂直于薄片，磁感应强度为B，这时电子(运动方向与电流方向相反)将受到洛仑兹力F,‘的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的a,d方向产生电场E,随后的电子一方面受到洛仑兹力F,.的作用，另一方面又同时受到该电场力F。的作用。从图3 -28(a)可以看出，这两种力的方向恰好相反。电子积累越多，F也越大，而洛仑兹力保持不变。最后，当时，电子的积累达到动态平衡。这时，在半导体薄片。,d方向的端面之间建立的电动势E就是霍尔电动势。
    由实验可知，流人激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，祖尔电动势也就越高。霸尔电动势E可用下式表示，即式中，K。为霍尔元件的灵敏度。
    若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度0时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向(与薄片垂直的方向)的分量，即Bcose，这时的霍尔电动势为
    从式(3-22)可知，霍尔电动势与输人电流I、磁感应强度r,成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。
    目前常用的霍尔元件材料是FI型硅，它的霍尔灵敏度、温度特性、线性度均较好，而锑化锢(InSb)、砷化锢(InAs)、锗(Ge)等也是常用的霍尔元件材料，砷化稼( GaAs)是新型的霍尔元件材料，今后将逐渐得到应用。近年来，已采用外延离子注人工艺或采用溅射工艺制造出了尺寸小、性能好的薄膜型v尔元件，如图3 -28(b)所示。它由衬底、十字形薄膜、引线(电极)及塑料外壳等组成。它的灵敏度、稳定性、对称性等均比老工艺优越得多，目前得到越来越广泛的应用。
    霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造，封装后的外形如图3 -28(d)所示。

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