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霍尔传感器与干簧管传感器的对比分析

2014-02-17 sensor 612

随着传感器技术的发展,霍尔效应传感器应用也越来越广泛,广泛应用于电流检测,速度检测,位置检测,磁检测等应用,并有逐渐取代干簧管之势。在应用中,是选择干簧管还是霍尔效应传感器,我们在此对它们做些比较。

霍尔效应传感器也是一种磁敏元件,其基于霍尔效应,当磁力线垂直穿过通电半导体平面时,在半导体与电流平行的两个端面上将形成感应电压,感应电压的大小和电流及磁场强度成正比。此电压信号经过放大等处理后,即能用于对其他电路的控制作用。

霍尔效应传感器一般价格低,随着传感器技术的不断提升,当前的霍尔效应传感器不再需要昂贵的电源电路供电,如霍尼韦尔的SL353,其内部集成了电源电路,工作电压范围可以从2.2VDC到5.5VDC,而成本没有明显升高。而干簧管不需要外部供电,在磁场的作用下即能实现吸合与释放的状态转换。霍尔传感器需要外部供电,随着电子技术的快速发展,霍尔传感器的功耗也越来越小,如霍尼韦尔的SL353LT,其室温下平均工作电流仅1.8uA,是电池供电的应用理想的选择。

干簧管是一种磁敏的特殊开关,它通常有两个或三个既导磁又导电的材料做成的簧片触点,被封装在充有惰性气体或真空的玻璃管里,玻璃管内平行封装的簧片端部重叠,并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭接点。当永久磁铁靠近单簧管或者有绕在单簧管的线圈通电形成的磁场使簧片磁化,簧片的触点部分就感应出极性相反的磁极。异性相吸,当吸引力大于弹簧的弹力时,触点就会吸合,使电路导通;而当磁力较小到一定程度时,接点被弹簧的弹力打开。干簧管传感器无磨损元件,但还是机电式结构,其工作寿命取决于弹片的弹性,在低负载时(在10mA及低于5V或更低时)工作可达百万次。而霍尔效应传感器是全电子固态结构,其工作没有次数限制。

干簧管传感器开关的触点在导通时有极低的导通电阻,典型值低到50mΩ,能直接开关信号范围从几纳伏到千伏,电流从微安级到安培级。但有一点值得注意的是,干簧管工作电流越高,产生的热量多,温度越高,其弹片的弹性下降,其工作与释放的次数将急速下降。所以干簧管虽然能工作上百万次,其前提是低负载,其工作于高负载条件如大电流或高电压下,是牺牲工作次数也就是其寿命为代价的。而霍尔效应传感器采用半导体材料,如果需要驱动大电流系统,还面外置功率放大器,但对于当前大多数电池供电、低能耗的应用来说,霍尔效应传感器也是理想的选择。

干簧管传感器是密封的,因此它能几乎工作于任何环境。对温度环境没有影响,典型的工作温度范围从-50℃到+150℃,无特别附加条件、限制或费用。当前的霍尔效应传感器工作温度范围也有较大改善,如霍尼韦尔的SL353,正常工作范围是-40℃到+80℃,但是最大额定范围可以从-40℃到+150℃。

干簧管传感器电气(金属)部分是密封于玻璃外壳中,而玻璃外壳易碎。其抗冲击及震动的能力差,在运送和加工过程中容易受损,加工损耗大,影响产品及寿命。当安装到印刷电路板(PCB)上时必须注意PCB板的变形、以及干簧管本身金属与玻璃不同的热膨胀特性,这些因素引起的应力可能损伤干簧管的玻璃-金属密封。所以在PCB板上安装干簧管时,建议形成引线角,并在PCB板与干簧管之间留下适当空间。同时,在焊接特别是手工焊接时,需注意焊接温度与焊接时间等的控制。

干簧管传感器簧片轻而短,采用的是机械结构,有固有频率,不能将干簧管用于比其固有谐振频率以上的场合。当干簧管从30cm以上的高度跌落到硬表面(地面)时,其电气特性(启动、释放等状态)可能被改变。而霍尔效应传感器则不会受到影响,工作更加可靠。

另外,干簧管开关从输入到输出有优良的绝缘及开关的绝缘电阻高,其断开时漏电流为零,而霍尔传感器因其半导体结构,漏电流通常不为零,不适合应用到需要0漏电流的场合。

通过上面的比较,我们可以看出,霍尔效应传感器与干簧管都有各自的优点与缺点,它们在很多应用中互换没有技术上的障碍,但从干簧管的机械结构、易碎,加工运输损坏率高,霍尔传感器价格越来越低、加工运输过程不会损坏等方面来看,霍尔传感器在很多应用中逐渐取代干簧管只是时间问题。

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