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霍爾效應(yīng)有哪些應(yīng)用

更新時間:2022-10-25 點擊量:1611


                          霍爾效應(yīng)的應(yīng)用

  人們在利用霍爾效應(yīng)原理開發(fā)的各種霍爾元件已廣泛應(yīng)用于精密測磁、自動化控制、通信、計算機、航天航空等工業(yè)部門及國防領(lǐng)域。按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。直接應(yīng)用是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性,間接應(yīng)用是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場,用這個磁場來作被檢測的信息的載體,通過它將許多非電、非磁的物理量,如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等,轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。

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  1.醫(yī)學(xué)方面的運用
  (1)利用霍爾效應(yīng),科學(xué)家研制了一種精密的電磁流量計一測量血液流速的儀器。如圖,利用電磁流量計,可以較為準確地測得流過血管的血流量。但是電磁流量計測量是種損傷性的方法,使用時要將被測血管暴露在體外,它常常用于動物的實驗和心臟、動脈手術(shù)中測定血流速度和血流量。
   (2)電磁泵是種利用作用在導(dǎo)電液體上的磁場力來運送導(dǎo)電液體的裝置。如圖,這種泵在醫(yī)學(xué)上常被用來輸送血液或其他電解質(zhì)溶液,由于這種裝置沒有任何機械運動部件,不會使血液中細胞受到損害,而且可以全部密封,避免了污染。在人工心肺機和人工腎裝置中常用它來輸送血液。

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2.日常生活中的應(yīng)用
  錄音機的換向機構(gòu)就是使用霍爾傳感器檢測磁帶終點并完成自動換向功能的;錄像機中的磁鼓電機常采用銻化鋼霍爾元件:洗衣機中的電動機主要依靠霍爾傳感器檢測與控制電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向功能?;魻栭_關(guān)類傳感器還用于電飯煲、氣爐的溫度控制和電冰箱的除霜等方面。大量應(yīng)用于影碟機、VCD 等家用電器和儀表中的霍爾電機是-一種無刷電機,它是利用轉(zhuǎn)速變化信號控制霍爾電壓信號變化,從而調(diào)節(jié)驅(qū)動電路驅(qū)動管中的工作電流,即調(diào)節(jié)電動機定子繞組電流,實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速與穩(wěn)速的控制,克服了一般帶電刷或整流子直流電機不能達到轉(zhuǎn)速穩(wěn)、壽命長、噪聲小的致命弱點。霍爾效應(yīng)動感檢測器與電子線路組裝可制成報警器,帶在老人或消防人員身上,當(dāng)出現(xiàn)昏迷、跌倒等危險情形時可報警發(fā)出聲響,還可用來裝在汽車或摩托車上,達到防盜目的

3. 工程技術(shù)中的應(yīng)用

   (1)測量電流強度。將霍爾器件的輸出(必要時可進行放大)送到經(jīng)校準的顯示器上,即可由霍爾輸出電壓的數(shù)值直接得出被測電流值。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,測量結(jié)果的精度和線性度都較高??蓽y直流、交流和各種波形的電流。在現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場,霍爾電流傳感器是電流檢測的產(chǎn)品。
   (2)測量微小位移。若令霍爾元件的工作電流保持不變,而使其在一一個 均勻梯度磁場中移動,它輸出的霍爾電壓UH值只由它在該磁場中的位移量來決定。產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器,將它們固定在被測系統(tǒng)上,可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。用霍爾元件測量位移具有靈敏度高,慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長等優(yōu)點,但工作距離較小。以微位移檢測為基礎(chǔ),可以構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機械振動、加速度、重量、稱重等霍爾傳感器。
  (3)壓力傳感器?;魻枆毫鞲衅饔蓮椥栽?,磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成,加.上壓力后,使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對位移,改變作用到霍爾元件上的磁場,從而改變它的輸出電壓UH。由事先校準的P~f( UH)曲線即可得到被測壓力P的值。

(4)車用傳感器。車用傳感器是電子控制系統(tǒng)的主要組成部分之-一,在實現(xiàn)車輛電子化中占有舉足輕重的地位。-輛電 子控制系統(tǒng)比較完整的豪華轎車中,幾乎可以有20~30個霍爾傳感器用于汽車工作狀態(tài)的測量和控制。另外,霍爾效應(yīng)傳感器還可用于車用導(dǎo)航系統(tǒng),變速器控制,汽車生產(chǎn)線自動控制,以及公路撓性路面的檢測等。隨著車輛電子化的發(fā)展,對車用傳感器開展以下幾個方面的研究開發(fā):環(huán)境檢測用傳感器:主要集中研究開發(fā)采用微波的抗振雷達,采用紅外線的障礙檢測裝置,采用超聲波和CCD攝像機相結(jié)合的距離監(jiān)測裝置,采用微波與紅外線和攝像機相結(jié)合的視覺放大系統(tǒng)。路況檢測用傳感器:主要研究開發(fā)監(jiān)測與判斷輪胎與路面的各種參數(shù)等方面的傳感器。車輛狀態(tài)檢測用傳感器:主要研究開發(fā)用于車速和角速度測量的傳感器。未來的汽車用傳感器技術(shù),總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。
  (5)電磁無損探傷。鋼絲繩作為起重、運輸、提升及承載設(shè)備中的重要構(gòu)件,被應(yīng)用于礦山、運輸、建筑、旅游等行業(yè),但由于使用環(huán)境惡劣,在它表面會產(chǎn)生斷絲、磨損等各種缺陷,所以,及時對鋼絲繩探傷檢測顯得尤為重要?;魻栃?yīng)無損探傷方法安全、可靠、實用,被應(yīng)用在設(shè)備故障診斷、材料缺陷檢測之中。其探傷原理是建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率特性之上。采用霍爾元件檢測該泄漏磁場的信號變化,可以有效地檢測出缺陷存在。
   (6)磁流體發(fā)電。其基本原理就是利用等離子體的霍爾效應(yīng),即在橫向磁場作用下使通過磁場的等離子體正、負帶電粒子分離后積聚于兩個極板形成電源電動勢。這種新型的高效發(fā)電方式,通過燃料燃燒發(fā)出的熱能使氣體變成高溫高壓的等離子體流而轉(zhuǎn)換成電能,既提高了熱能利用效率又滿足了環(huán)保的要求。磁流體發(fā)電技術(shù),可能是今后取代火力發(fā)電的一個方向,磁流體發(fā)電發(fā)展前景廣闊。
4.科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用
  霍爾傳感器在飛機、軍艦、航天器、新軍事裝備及通訊中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。如我國的遠程★彈、“風(fēng)云"號衛(wèi)星、“神舟"號飛船等均使用特別研制的霍爾傳感器。在計算機控制的點火系統(tǒng)中,計算機需要發(fā)動機各工況的輸入信號。其中霍爾效應(yīng)傳感器組件(霍爾集成電路或霍爾元件與永磁體、軟磁材料等封裝在一起)就提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置數(shù)據(jù)等。



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