霍尔传感器误差原因及补偿措施

章程

摘要    本文介绍了霍尔传感器在应用过程中存在的测量精度误差原因，并且有针对性的提出了补偿方法。霍尔传感器的材料一般是半导体，因此容易受温度变化的干扰，且制造过程中由于霍尔电极位置影响，会产生温度误差和零位误差。为了保证测量的精度，使用霍尔传感器进行测量时一定要对温度误差和零位误差进行补偿。

【关键词】霍尔传感器 零位误差 温度误差补偿方法

依据霍尔效应制成的霍尔传感器具有频带响应宽、动态范围大的优势，还可以实现非接触式测量，因此被广泛应用到位移、计数、转速等各方面的测量。但也具有一定的局限性，如半导体材料随温度变化明显，直接或间接地影响到霍尔传感器的准确性，依靠温度补偿方法可以对霍尔传感器加以改进，提高测量精度，零位误差的存在也会使测量精度受到影响，因此合适的补偿措施是必要的。

1 霍尔效应原理

如图1所示，一个N型半导体的薄片或金属，长为L，宽为W，厚度为d。在与半导体薄片平面垂直的方向上施加磁场，磁感应强度为B，并且在L方向上通入电流I。按照N型半导体的导电规律，自由电子将会向着和电流I相反的方向移动，产生一个速度v，当磁场中的自由电子受到洛伦兹力F的作用后，正负电荷将分别沿着垂直于磁场和电流的方向往导体两侧移动，最终汇集在导体两侧形成一个稳定的電动势UH，即霍尔电动势，称这种现象霍尔效应。

霍尔电压大小：公式

2 影响测量精确度的因素

2.1 温度误差

霍尔传感器的材料一般是半导体，随温度变化较为明显，尤其是输入输出电阻和灵敏度随温度变化而变化，导致对测量的精度有着很大的影响。

2.2 不等位电势影响

因为制造技术有限，很难保证准确地将两个霍尔电极完全对称地焊在霍尔片的左右两边，导致两电极点不能精确地处于同一等势面上。并且材料自身也存在问题，如材料的电阻率不够均匀、材料的厚度不够均匀以及控制电流极接触不良使等位面倾斜等问题，这些都会导致不等位电势的形成。

3 对各因素的补偿措施

3.1 温度误差补偿措施

（1）使用温度系数较小的半导体作为材料，如InAs。

（2）使用恒流源供电且输入回路并联电阻补偿方法。

温度补偿电阻计算公式：

公式

对于一个确定的霍尔元件，其参数Ri（霍尔元件输入电阻）、α（霍尔元件输入电阻温度系数）、δ（霍尔元件灵敏度的温度系数）是确定值，通过上式即可求得补偿电阻R0及其温度系数β，可以选取不同温度系数的电阻进行串并联组合作为分流电阻。

（3）选取合适的负载电阻RL。

（4）使用恒压源供电且输入回路串联电阻补偿方法。

（5）采用温度补偿元件：电流源（电压源）同热敏电阻进行串并联组合。

3.2 零位误差补偿措施

（1）降低U0。（2）采用补偿电路：该补偿电路如图2所示，其原理为：该补偿电路原理为：需要调整电阻值时我们常用的方法是电桥电路法。将霍尔传感器看成一个电桥，假设两霍尔电极位于同一等位面上，说明电桥为平衡状态;反之，说明电桥不平衡，此时调整可使电桥平衡（外接电阻阻值应大于霍尔传感器内阻阻值）。

4 结束语

随着科技的进步，我们更加重视传感器的精度问题。霍尔传感器有着广泛的应用，但由于测量精度随温度变化明显，并且存在不等位电势等原因，霍尔传感器的精确性存在局限。针对各种误差列举出了相应误差补偿措施，其中温度误差补偿措施有5点，零位误差补偿措施有2点，较为广泛的是采用补偿电路。使用以上补偿措施对霍尔传感器进行改进，将会极大的提高霍尔传感器精度并且对其未来的使用和发展具有积极的意义。

参考文献

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