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用仪器测试电压发现电势霍尔传感器的工作原理

在没有磁场干预的情况下,如果导电板此时处于磁场中,电荷将受到洛伦兹力的影响。上述现象将发生变化。用图纸解释:使用仪器测试导电板两侧的电压,发现电势霍尔传感器的工作原理。

霍尔传感器的物理基础是霍尔效应。电极安装在长方体导电板上,长度为l,宽度为b,厚度为d,左、右、前、后侧。将电流I连接到长度方向,并在厚度方向施加磁感应强度为B的磁场。

导电板中的自由电子沿电流的相反方向移动,平均速度为v。在磁场的作用下,电子受到洛伦兹力的作用。每个电子都是洛伦兹力FL的大小,E是电子电荷,E=1.6×10-19C。根据左手规则,洛伦兹力FL的方向可以从外到内。

除了定向移动外,电子还在洛伦兹力的作用下向内漂移。因此,电子积累在导电板的内表面,正电荷积累在外表面。这样,附加电场EH就形成在导电板中,称为霍尔电场。

在霍尔电场的作用下,电子将受到与洛仑兹力方向相反的电场力的影响,以防止电荷的持续积累。当导电板中的电子积累达到动态平衡时,电荷不再增加,电子产生的洛仑兹力等于电场力。此时,导电板的外表面和内表面之间存在电位差。当载流导体或半导体处于垂直于电流的磁场时,在其垂直于电流方向电流方向和磁场方向的两端产生。这种现象称为霍尔效应,霍尔效应产生的电势称为霍尔电势,矩形导电板称为霍尔片。霍尔效应是运动电荷在磁场中受洛伦兹力作用的结果。基于霍尔效应的传感器称为霍尔传感器。

根据公式,霍尔电势UH与磁感应强度B呈线性关系,因此,B可以通过测量UH来获得。这就是霍尔传感器的工作原理。

物理学家霍尔在研究金属导电机制时发现了霍尔效应,但而,由于金属材料的霍尔效应太弱,霍尔效应没有得到应用。随着半导体技术、材料科学和电子技术的发展,半导体材料制成的霍尔片具有明显的霍尔效应,出现了高强度恒定磁体和小电压输出信号调节电路。霍尔传感器发展迅速。霍尔传感器广泛用于测量电磁、电力、加速度、振动等物理量。例如,各种霍尔传感器用于汽车。


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