霍爾傳感器誤差原因及補償措施

章程

摘要??? 本文介紹了霍爾傳感器在應用過程中存在的測量精度誤差原因，并且有針對性的提出了補償方法。霍爾傳感器的材料一般是半導體，因此容易受溫度變化的干擾，且制造過程中由于霍爾電極位置影響，會產生溫度誤差和零位誤差。為了保證測量的精度，使用霍爾傳感器進行測量時一定要對溫度誤差和零位誤差進行補償。

【關鍵詞】霍爾傳感器 零位誤差 溫度誤差補償方法

依據霍爾效應制成的霍爾傳感器具有頻帶響應寬、動態范圍大的優勢，還可以實現非接觸式測量，因此被廣泛應用到位移、計數、轉速等各方面的測量。但也具有一定的局限性，如半導體材料隨溫度變化明顯，直接或間接地影響到霍爾傳感器的準確性，依靠溫度補償方法可以對霍爾傳感器加以改進，提高測量精度，零位誤差的存在也會使測量精度受到影響，因此合適的補償措施是必要的。

1 霍爾效應原理

如圖1所示，一個N型半導體的薄片或金屬，長為L，寬為W，厚度為d。在與半導體薄片平面垂直的方向上施加磁場，磁感應強度為B，并且在L方向上通入電流I。按照N型半導體的導電規律，自由電子將會向著和電流I相反的方向移動，產生一個速度v，當磁場中的自由電子受到洛倫茲力F的作用后，正負電荷將分別沿著垂直于磁場和電流的方向往導體兩側移動，最終匯集在導體兩側形成一個穩定的電動勢UH，即霍爾電動勢，稱這種現象霍爾效應。

霍爾電壓大小：公式

2 影響測量精確度的因素

2.1 溫度誤差

霍爾傳感器的材料一般是半導體，隨溫度變化較為明顯，尤其是輸入輸出電阻和靈敏度隨溫度變化而變化，導致對測量的精度有著很大的影響。

2.2 不等位電勢影響

因為制造技術有限，很難保證準確地將兩個霍爾電極完全對稱地焊在霍爾片的左右兩邊，導致兩電極點不能精確地處于同一等勢面上。并且材料自身也存在問題，如材料的電阻率不夠均勻、材料的厚度不夠均勻以及控制電流極接觸不良使等位面傾斜等問題，這些都會導致不等位電勢的形成。

3 對各因素的補償措施

3.1 溫度誤差補償措施

（1）使用溫度系數較小的半導體作為材料，如InAs。

（2）使用恒流源供電且輸入回路并聯電阻補償方法。

溫度補償電阻計算公式：

公式

對于一個確定的霍爾元件，其參數Ri（霍爾元件輸入電阻）、α（霍爾元件輸入電阻溫度系數）、δ（霍爾元件靈敏度的溫度系數）是確定值，通過上式即可求得補償電阻R0及其溫度系數β，可以選取不同溫度系數的電阻進行串并聯組合作為分流電阻。

（3）選取合適的負載電阻RL。

（4）使用恒壓源供電且輸入回路串聯電阻補償方法。

（5）采用溫度補償元件：電流源（電壓源）同熱敏電阻進行串并聯組合。

3.2 零位誤差補償措施

（1）降低U0。（2）采用補償電路：該補償電路如圖2所示，其原理為：該補償電路原理為：需要調整電阻值時我們常用的方法是電橋電路法。將霍爾傳感器看成一個電橋，假設兩霍爾電極位于同一等位面上，說明電橋為平衡狀態;反之，說明電橋不平衡，此時調整可使電橋平衡（外接電阻阻值應大于霍爾傳感器內阻阻值）。

4 結束語

隨著科技的進步，我們更加重視傳感器的精度問題。霍爾傳感器有著廣泛的應用，但由于測量精度隨溫度變化明顯，并且存在不等位電勢等原因，霍爾傳感器的精確性存在局限。針對各種誤差列舉出了相應誤差補償措施，其中溫度誤差補償措施有5點，零位誤差補償措施有2點，較為廣泛的是采用補償電路。使用以上補償措施對霍爾傳感器進行改進，將會極大的提高霍爾傳感器精度并且對其未來的使用和發展具有積極的意義。

參考文獻

[1]張玲娜，馬安忠.霍爾傳感器溫度補償方法分析研究[J].西部皮革，2016，38（10）：22-23.

[2]?王鋒，劉美全，范江瑋.霍爾傳感器溫度補償方法研究[J].電子測量技術，2014，37（06）：97-99.

[3]?劉慶剛，張存禮，劉婷.消除霍爾傳感器誤差的有效方法[J].自動化技術與應用，2006（06）：65-66.

[4]?王鋒，劉美全，范江瑋.霍爾傳感器零位特性及補償方法研究[J].電子設計工程，2015，23（03）：107-109.