霍爾
壓力變送器是利用霍爾效應將彈性元件的位移信號轉(zhuǎn)換為直流電勢信號的變送器?;魻栃且环N電磁現(xiàn)象,即將通電的導體或半導體(載流導體)置于與電流方向垂直的磁場中時,由于磁場對運動載流子(如電子)有作用力(洛侖茲力PY),載流子(電子)將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)運動,使電子聚集在導體或半導體一側(cè),而另一側(cè)則聚集正電荷,形成了電場。同時該電場又對運動載流子(電子)產(chǎn)生電場力Fe,阻止電子的聚集。當時,電子聚集達到動態(tài)平衡,此時在薄片(霍爾片).上垂直于電流和磁場方向的兩個側(cè)面之間會出現(xiàn)電位差,稱之為霍爾電勢。該現(xiàn)象稱為霍爾效應,如圖4-37所示。
霍爾電勢的大小可用下式表示:
式中
RH—霍爾系數(shù),由半導體材料的物理性質(zhì)所決定;
I—流經(jīng)霍爾元件的電流;
B—磁感應強度;
d—霍爾元件的厚度。
霍爾壓力變送器的結構如圖4-38所示,其中磁場部分由兩對磁極組成,磁力線分布如圖4-38(b)所示,由圖可知霍爾片所處位置的磁力線呈線性不均勻分布?;魻柶面N、銻化銦等半導體材料制造,并置于絕緣基片上。絕緣基片固定在彈性元件的自由端?;魻柶ㄟ^的電流由穩(wěn)壓直流電源供給,霍爾電勢由引線接至顯示儀表。
當被測壓力為零時,彈性元件自由端不產(chǎn)生位移,霍爾片正好處于磁場氣隙中部。由于左右兩側(cè)磁場方向相反、數(shù)值相等,因此左右兩側(cè)霍爾電勢相互抵消,UH輸出為零。當有被測壓力加入彈性元件時,彈性元件自由端將帶動霍爾片位移,使霍爾片偏離氣隙中部,因此左右兩側(cè)產(chǎn)生的霍爾電勢值不相等,霍爾片有霍爾電勢UH輸出,UH與彈性元件的'位移呈線性關系。
霍爾壓力變送器結構簡單,動態(tài)特性好,壽命長;其缺點是溫度穩(wěn)定性差,需進行溫度補償。
上述壓力變送器一般都是先將壓力信號轉(zhuǎn)換為彈性元件的位移信號,然后再將位移信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。被測壓力是由彈性元件所產(chǎn)生的彈性反力實現(xiàn)平衡。另有一類利用其他外力與被測壓力平衡的所謂力平衡式壓力變送器,這類壓力變送器的彈性元件主要起隔離密封介質(zhì)作用,因此可以避免彈性元件本身彈性滯后、溫度特性等問題造成的誤差,以得到較高的測量精度。