霍爾效應概述
霍爾效應Hall Effect是一種磁電效應，是德國物理學家霍爾1879年研究載流導體在磁場中受力的性質時發(fā)現(xiàn)的。
根據(jù)霍爾效應，人們用半導體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。
通過該實驗可以了解霍爾效應的物理原理以及把物理原理應用到測量技術中的基本過程。
當電流垂直于外磁場方向通過導體時，在垂直于磁場和電流方向的導體的兩個端面之間出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象稱為霍爾效應，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓）。
霍爾效應原理
所謂霍爾效應，是指磁場作用于載流金屬導體、半導體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應是1879年被美國物理學家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側面會出現(xiàn)橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)較強的霍爾效應。
利用霍爾效應可以設計制成多種傳感器?；魻栯娢徊?/FONT>UH的基本關系為
UH=RHIB/d（18）
RH=1/nq（金屬）（19）
式中RH——霍爾系數(shù)：
n——載流子濃度或自由電子濃度；
q——電子電量；
I——通過的電流；
B——垂直于I的磁感應強度；
d——導體的厚度。
對于半導體和鐵磁金屬，霍爾系數(shù)表達式與式（19）不同，此處從略。
由于通電導線周圍存在磁場，其大小與導線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。
若把霍爾元件置于電場強度為E、磁場強度為H的電磁場中，則在該元件中將產(chǎn)生電流I，元件上同時產(chǎn)生的霍爾電位差與電場強度E成正比，如果再測出該電磁場的磁場強度，則電磁場的功率密度瞬時值P可由P=EH確定。
利用這種方法可以構成霍爾功率傳感器。
如果把霍爾元件集成的開關按預定位置有規(guī)律地布置在物體上，當裝在運動物體上的永磁體經(jīng)過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運動物體的位移。若測出單位時間內發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運動速度。
霍爾效應在應用技術中特別重要。
霍爾發(fā)現(xiàn)，如果對位于磁場(B)中的導體(d)施加一個電壓(Iv)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產(chǎn)生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應。
好比一條路，本來大家是均勻的分布在路面上，往前移動.當有磁場時，大家可能會被推到靠路的右邊行走.故路(導體)的兩側，就會產(chǎn)生電壓差.這個就叫“霍爾效應”。
方便起見，假設導體為一個長方體，長度分別為a,b,d，磁場垂直ab平面。電流經(jīng)過ad，電流I = nqv(ad)，n為電荷密度。設霍爾電壓為VH，導體沿霍爾電壓方向的電場為VH / a。設磁場強度為B。
qVH / a = qvB
VH / a = BI / (nqad)
VH = BI / (nqd)
霍爾效應的應用
根據(jù)霍爾效應做成的霍爾器件，就是以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關的功能。
訖今為止，已在現(xiàn)代汽車上廣泛應用的霍爾器件有：在分電器上作信號傳感器、ABS系統(tǒng)中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態(tài)診斷、發(fā)動機轉速及曲軸角度傳感器、各種開關，等等。
例如：汽車點火系統(tǒng)，設計者將霍爾傳感器放在分電器內取代機械斷電器，用作點火脈沖發(fā)生器。這種霍爾式點火脈沖發(fā)生器隨著轉速變化的磁場在帶電的半導體層內產(chǎn)生脈沖電壓，控制電控單元（ECU）的初級電流。相對于機械斷電器而言，霍爾式點火脈沖發(fā)生器無磨損免維護，能夠適應惡劣的工作環(huán)境，還能精確地控制點火正時，能夠較大幅度提高發(fā)動機的性能，具有明顯的優(yōu)勢。
用作汽車開關電路上的功率霍爾電路，具有抑制電磁干擾的作用。許多人都知道，轎車的自動化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開關時會產(chǎn)生浪涌電流，使機械式開關觸點產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號。采用功率霍爾開關電路可以減小這些現(xiàn)象。
霍爾器件通過檢測磁場變化，轉變?yōu)殡娦盘栞敵觯捎糜诒O(jiān)視和測量汽車各部件運行參數(shù)的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實現(xiàn)自動檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內工作，全部密封不受水油污染，完**夠適應汽車的惡劣工作環(huán)境。
霍爾效應的定義
定義1：
霍爾效應是指當施加的外磁場垂直于半導體中流過的電流時，會在半導體垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生霍爾電動勢
源自：高速磁浮列車磁場測量系統(tǒng)的設計《儀表技術與傳感器》2004年田武剛，潘孟春，羅飛路，陳棣湘
來源文章摘要：高速磁浮列車磁場主要分布在列車和軌道之間很小的空氣隙中，氣隙磁場是一個恒定磁場和交變磁場的疊加磁場，而且磁感應強度很大，較大可達12T.針對高速磁浮列車磁場分布的特殊性，設計了一套兩自由度磁場的閉環(huán)自動化測量系統(tǒng)。系統(tǒng)的設計基于PC機，可以實現(xiàn)對列車磁場中的固**和一段距離上的磁場大小的自動化測量，并將測量數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫以便于進一步處理分析。在列車實驗平臺磁場的實際測量中，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測量范圍可達0～15T.
定義2：
種現(xiàn)象即稱為霍爾效應.UH稱為霍爾電勢其大小可表示為：圖回霍爾效應原理圖式中RH稱為霍爾系數(shù)由半導體材料的性質決定
源自：霍爾傳感器在電參量測量中的應用《中國民航學院學報》1999年劉建英
來源文章摘要：介紹了霍爾傳感器在測量交流電參量中的應用，著重分析了采用單片機及霍爾元件測量電功率的幾種方法及其優(yōu)缺點，并提出了本文采用的方法。
定義3：
這個現(xiàn)象稱為霍爾效應，所產(chǎn)生的電壓差ΔU稱為霍爾電壓差(也稱霍爾電壓).由經(jīng)典電子理論可以解釋霍爾電壓產(chǎn)生的原因
源自：霍爾效應測量大電流的理論探討《中國測試技術》2005年袁國勝，劉浙華
來源文章摘要：大電流、大電壓的測量一直是困擾工程測量學的難題。本文著重探討了霍爾效應應用于測量大電流的工作原理、數(shù)學推算以及應用中需要注意的幾個問題。力圖尋求將新技術用于工程測量中難點問題的理論依據(jù)
定義4：
一現(xiàn)象稱為霍爾效應.產(chǎn)生前電動勢稱為霍爾電勢半導體薄片稱為霍爾元件.2．2感應式相序測定儀的工作原理在IOKV線路中B相置于三相線路中間所以只要確定左右兩線路的相位即可測定相序
源自：感應式10KV線路相序測定儀《自動化博覽》1999年周洪，李崇晟，賀劍鋒
來源文章摘要：基于霍爾效應，采用霍爾元件集成電路將高壓線路相序的測定工作簡單化，使相序測定工作安全、準確，為大范圍的配電網(wǎng)技術改造工作提供了得力的工具。
定義5：
其電流I的療向與磁場H的方向之間有夾角a時，則在載流體中平行丁H、I的兩側面之間將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應
源自：桑塔納2000型轎車專用霍爾傳感器及其...《上海汽車》1998年喻德海
來源文章摘要：本文介紹了桑塔納2000型轎車專用霍爾傳感器的結構及工作原理。
定義6：
1引言美國物理學家霍爾于1879年在實驗中發(fā)現(xiàn)，當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間出現(xiàn)了電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應
源自：不等位電勢差《甘肅科技》2004年周珺
來源文章摘要：只要不等位電勢差不為零，則測量值就會出現(xiàn)“臺階”，而不等位電勢差大于霍爾電壓是發(fā)生負號突變的根源
定義7：
2霍爾元件在磁場中垂直放置一塊通有電流的金屬或半導體薄片薄片的兩側之間就會產(chǎn)生電動勢這種現(xiàn)象稱為霍爾效應.霍爾元件是在霍爾效應原理基礎上制成的
源自：霍爾傳感器及其應用《中國煤炭》1995年蕭光岐
來源文章摘要：霍爾傳感器是一種性能優(yōu)良的磁敏傳感器，在煤炭科研和技術革新中有著廣泛的應用前景。文章簡述了霍爾元件和霍爾集成電路及工作原理，并通過幾個應用實例介紹了霍爾傳感器在煤炭工業(yè)中的應用情況。
定義8：
此現(xiàn)象稱為霍爾效應，此電位差稱為霍爾電勢，圖1a表示出霍爾效應原理：在三維空間內，導電板在XOY平面內，它與磁場方向垂直，磁場指向Y軸的方向，沿X軸方向通以電流j，由于運動的電荷與磁場的栩互作用
源自：國內外霍爾線性傳感器性能及應用《現(xiàn)代車用動力》1997年張禮林
來源文章摘要：1概述隨著汽車電子控制技術的發(fā)展，霍爾傳感器被大量用于測量轉速、轉角、角位移、線位移等，其中測轉速用的是霍爾開關傳感器，其余為霍爾線性傳感器。用于測油嘴針閥升程的霍爾傳感器與以前采用的電感式傳感器相比，具有結構簡單、體積小、安裝方便等優(yōu)點。我所于1984年購進兩只進口霍爾線性傳感器，一直成功地使用至今。
定義9：
此現(xiàn)象稱為霍爾效應.設KH為霍爾靈敏度，I為電流強度，B為磁場的磁感應強度，θ為磁感應強度B和霍爾元件平面法線間的夾角
源自：基于霍爾效應的鐵磁性磨粒測試方法《煤礦機械》2004年馬懷祥
來源文章摘要：為檢測潤滑油中鐵磁性磨粒的含量，根據(jù)霍爾效應原理和高梯度磁力分離技術原理設計了鐵磁性磨粒檢測儀。設計確定了合適的霍爾傳感器及后續(xù)處理電路。結果表明：利用它能很方便地對機械潤滑油中的鐵磁性磨粒捕獲、測量和分析，為機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了一種方法。介紹了其工作原理、基本結構、電路系統(tǒng)及元件選用。
定義10：
這種物理現(xiàn)象被人們稱為霍爾效應.由于金屬中自由電子濃度很大，它的霍爾效應十分微弱，所以，當時沒有引起人們的重視
源自：霍爾傳感器在小型內燃機電控系統(tǒng)中的應用《小型內燃機與摩托車》2001年穆衛(wèi)強，孫成軍，周大森
來源文章摘要：本文介紹了霍爾傳感器的原理及其目前在汽車發(fā)動機上的一些應用，并對其在摩托車發(fā)動機上作為油門位置傳感器進行了實驗研究
通過霍爾效應測量磁場
在磁場中的載流導體上出現(xiàn)橫向電勢差的現(xiàn)象是24歲的研究生霍爾（Edwin H. Hall）在1879年發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在稱之為霍爾效應。隨著半導體物理學的迅猛發(fā)展，霍爾系數(shù)和電導率的測量已經(jīng)稱為研究半導體材料的主要方法之一。通過實驗測量半導體材料的霍爾系數(shù)和電導率可以判斷材料的導電類型、載流子濃度、載流子遷移率等主要參數(shù)。若能測得霍爾系數(shù)和電導率隨溫度變化的關系，還可以求出半導體材料的雜質電離能和材料的禁帶寬度。
在霍爾效應發(fā)現(xiàn)約100年后，德國物理學家克利青(Klaus von Klitzing)等研究半導體在較低溫度和強磁場中發(fā)現(xiàn)了**霍爾效應，它不僅可作為一種新型電阻標準，還可以改進一些基本產(chǎn)量的精確測定，是當代凝聚態(tài)物理學和磁學令人驚異的進展之一，克利青為此發(fā)現(xiàn)獲得1985年諾貝爾物理學獎。其后美籍華裔物理學家崔琦(D. C. Tsui)和施特默()在更強磁場下研究**霍爾效應時發(fā)現(xiàn)了分數(shù)**霍爾效應。它的發(fā)現(xiàn)使人們對宏觀**現(xiàn)象的認識更深入一步，他們?yōu)榇税l(fā)現(xiàn)獲得了1998年諾貝爾物理學獎。
用霍爾效應之輩的各種傳感器，以廣泛應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術和信息處理各個方面。本實驗的目的是通過用霍爾元件測量磁場，判斷霍爾元件載流子類型，計算載流子的濃度和遷移速度，以及了解霍爾效應測試中的各種副效應及消除方法。