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霍尔效应的本质是:固体材料中的载流子在外加磁场中运动时,因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移,并在材料两侧产生电荷积累,形成垂直于电流方向的电场,使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡,从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示:参加材料导电过程的不带负电的电子,还有带正电的空穴。
由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,适合于大电流传感。霍尔电流传感器工作原理如图所示:标准圆环铁芯有一个缺口,将霍尔传感器插入缺口中,圆环上绕有线圈,当电流通过线圈时产生磁场,则霍尔传感器有信号输出。
当磁体在固定间隙处来回移动时,感应磁场将发生变化。当元素接近北时,该场将为负,当元素接近南时,该磁场将为正。这些传感器也称为接近传感器,用于定位。下图显示了四个数字输出双传感器,它们被拧入铝制外壳并由安装在杆上的一个磁铁驱动。当磁铁在可接受的尺寸范围内移动时,这些传感器会产生信号。从参考表面开始,这些信号代表测量的距离。这种类型的布置也称为多位置感测,此类应用的佳示例是检测照片处理设备的各种镜头位置。