霍尔磁场测量法

霍尔磁测量的基本关系

置于磁场中的霍尔基片，当控制电流 $I$ 沿一定方向流过、磁场 $B$ 穿过基片时，在垂直于电流与磁场的方向上产生霍尔电势 $U_H$。在基片法线与磁场方向一致（即磁场垂直于基片平面）时，关系为

其中 $K_H$ 为霍尔元件的乘积灵敏度（单位如 $\mathrm{V}\mathrm{/}(\mathrm{A}\cdot \mathrm{T})$ 或 $\mathrm{m}\mathrm{V}\mathrm{/}(\mathrm{m}\mathrm{A}\cdot \mathrm{T})$），$B$ 为磁感应强度（单位 $\mathrm{T}$），$I$ 为控制电流（单位 $\mathrm{A}$）。该式表明：在 $I$ 恒定时，$U_H$ 与 $B$ 成正比，因此可通过测 $U_H$ 反推 $B$。

铁芯气隙处的磁场测量

在带气隙的铁芯磁路中，气隙处的磁感应强度是磁路工作状态的重要参数。将霍尔基片放入气隙，使基片平面与气隙磁场方向垂直，即可由 $U_H=K_{H}BI$ 直接得到气隙处的磁感应强度。测量时需保证基片法线对准气隙磁场方向，否则读数将按方向角余弦关系衰减。

磁场中某点法向分量的测量

当霍尔基片置于磁场中某一点时，实际穿过基片敏感面的是磁场在该点沿基片法线方向的分量。若磁场矢量与基片法线夹角为 $\theta$，则有效磁感应强度为 $B\cos \theta$，霍尔电势为

其中 $\theta$ 为磁场方向与霍尔基片法线方向的夹角。因此霍尔元件本质上测量的是磁场沿其法线方向的分量；通过旋转基片使输出最大，可确定磁场方向并测得该点磁感应强度的大小。

强弱磁场的适用性

霍尔效应磁传感器具有体积小、重量轻、功耗小、价格便宜、接口电路简单等优点，特别适用于强磁场测量。其缺点是灵敏度低、噪声大、温度性能差。对于高灵敏度或采取聚磁措施的霍尔器件，可用于测量地磁场这类弱磁场，但一般用于要求不高的场合。

方向角余弦关系的应用

由于 $U_H$ 随 $\cos \theta$ 变化，霍尔元件可用于检测磁场方向。典型应用包括霍尔式磁罗盘和霍尔式方位传感器：利用水平面内两个正交放置的霍尔元件分别测量地磁场的两个分量，由两路输出之比即可确定磁场（方位）方向。