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大物实验报告霍尔效应【霍尔效应及其应用】

霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究

载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。阐述了霍尔效应的原理，

霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。霍尔效应霍尔

元件应用

一、霍尔效应原理

霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究

载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。霍尔效应是载流试样在

与之垂直的磁场中由于载流子受洛仑兹力作用发生偏转而在垂直于

电流和磁场方向的试样的两个端面上出现等量异号电荷而产生横向

电势差UH的现象。电势差UH称为霍尔电压，EH称为霍尔电场强度。

此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛伦兹力方向相反的霍

尔电场力作用，当载流子所受的洛伦兹力与霍尔电场力相等时，霍尔

电压保持相对稳定。

二、霍尔元件的特点和分类

1.霍尔元件的特点。霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，

寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕

灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，调试方便等。霍尔元件和

永久磁体都能在很宽的温度范围(-40℃～150℃)、很强的振动冲击

条件下工作，且磁场不受一般介质的阻隔。另外它的变换器组件能够

和相关的信号处理电路集成到同一片硅片上，体积小，成本低，且具

有较好的抗电磁干扰性能。

2.霍尔元件的分类。按照霍尔元件的结构可分为：一维霍尔元

件、二维霍尔元件和三维霍尔元件。一维霍尔元件又被称为单轴霍尔

元件，它的主要参数是灵敏度、工作温度和频率响应。运用此类器件

时，就可将与适当的小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角

度等信息以电信号的形式传感出来，达到了自动测量与控制的目的。

二维霍尔元件的结构是二维平面，也被称为平面霍尔元件；三维霍尔

元件通常被称为非平面霍尔元件。霍尔元件按功能可分为：线形元件、

开关、锁存器和专用传感器。

三、霍尔效应的应用

人们在利用霍尔效应原理开发的各种霍尔元件已广泛应用于精

密测磁、自动化控制、通信、计算机、航天航空等工业部门及国防领

域。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为直接应用和间接应用。

直接应用是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，间接应用是

检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载

体，通过它将许多非电、非磁的物理量，如力、力矩、压力、应力、

位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状

态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

1.日常生活中的应用

录音机的换向机构就是使用霍尔传感器检测磁带终点并完成自

动换向功能的；录像机中的磁鼓电机常采用锑化铟霍尔元件；洗衣机

中的电动机主要依靠霍尔传感器检测与控制电动机的转速、转向功能。

霍尔开关类传感器还用于电饭煲、气炉的温度控制和电冰箱的除霜等

方面。大量应用于影碟机、VCD等家用电器和仪表中的霍尔电机是一

种无刷电机，它是利用转速变化信号控制霍尔电压信号变化，从而调

节驱动电路驱动管中的工作电流，即调节电动机定子绕组电流，实现

对电动机转速与稳速的控制，克服了一般带电刷或整流子直流电机不

能达到转速稳、寿命长、噪声小的致命弱点。霍尔效应动感检测器与

电子线路组装可制成报警器，带在老人或消防人员身上，当出现昏迷、

跌倒等危险情形时可报警发出声响，还可用来装在汽车或摩托车上，

达到防盗目的。

2.工程技术中的应用

（3）测量电流强度。将霍尔器件的输出（必要时可进行放大）

送到经校准的显示器上，即可由霍尔输出电压的数值直接得出被测电

流值。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。

可测直流、交流和各种波形的电流。在现在的工业现场，霍尔电流传

感器是电流检测的首选产品。

（4）测量微小位移。若令霍尔元件的工作电流保持不变，而使

其在一个均匀梯度磁场中移动，它输出的霍尔电压UH值只由它在该

磁场中的位移量来决定。产生梯度磁场的磁系统及其与霍尔器件组成

的位移传感器，将它们固定在被测系统上，可构成霍尔微位移传感器。

用霍尔元件测量位移具有灵敏度高，惯性小、频响快、工作可靠、寿

命长等优点，但工作距离较小。以微位移检测为基础，可以构成压力、

应力、应变、机械振动、加速度、重量、称重等霍尔传感器。

（5）压力传感器。霍尔压力传感器由弹性元件，