DE10014094B4

DE10014094B4 - Hall sensor

Info

Publication number: DE10014094B4
Application number: DE2000114094
Authority: DE
Inventors: Yuri Belakurski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: RU2150866C1; DE10014094A1

Abstract

Hall-Sensor mit
– einem Hall-Element (1), dessen Hall-Elektroden (2,3) mit den Eingängen eines Hall-EMF-Verstärkers (4) verbunden sind
– einem Wandler (8), der den absoluten Spannungswert als Strom anzeigt, wobei der Eingang des Wandlers (8) mit dem Ausgang des Hall-EMF-Verstärkers verbunden ist und dessen Ausgang mit dem ersten Eingang eines Stromgebers (7) verbunden ist, wobei der zweite Eingang des Stromgebers (7) mit dem Ausgang einer Kontrollstromquelle (11) verbunden ist und die Elektroden (5,6) des Hall-Elements (1) mit dem Ausgang des Stromgebers (7) verbunden sind, und
– der Stromgeber (7) das Hall-Element (1) mit einem derartigen Strom versorgt, dass das vom Wandler (8) gelieferte Signal von dem von der Kontrollstromquelle (11) gelieferten Signal abgezogen wird.Hall sensor with
- A Hall element (1), the Hall electrodes (2, 3) of which are connected to the inputs of a Hall EMF amplifier (4)
- A converter (8) which indicates the absolute voltage value as current, the input of the converter (8) being connected to the output of the Hall EMF amplifier and the output of which is connected to the first input of a current generator (7), wherein the second input of the current generator (7) is connected to the output of a control current source (11) and the electrodes (5, 6) of the Hall element (1) are connected to the output of the current generator (7), and
- The current generator (7) supplies the Hall element (1) with such a current that the signal supplied by the converter (8) is subtracted from the signal supplied by the control current source (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hall-Sensor, der zur Messung der magnetischen Feldinduktion geeignet ist und in Messverfahren eingesetzt werden kann, beispielsweise als Magnetometer, Stromstärke- oder Spannungssensor, Abstandsmesser oder Druckmesser.The present invention relates to a Hall sensor used to measure magnetic field induction is suitable and can be used in measuring processes, for example as a magnetometer, current or voltage sensor, distance meter or pressure meter.

Magnetfeld-Umwandler – Hal1-Elemente – sind bekannt (vgl. 0. K. Homeriki „Semiconductor magnetic fiel converters – Hallelements", Moskau, Energoatomizdat, 1986 sowie JP 4-13982 A , In: Patents Abstracts of Japan, P-1342, 22.4.1992, Vol. 16, No. 167). Derzeit werden Hall-Elemente und Hall-Sensoren, die auf Basis von Hall-Elementen aufgebaut sind, in Messverfahren zur Messung von elektrischen wie auch nicht-elektrischen Werten verwendet. Im Hinblick auf den relativen Fehlerbereich der Messungen unter Einsatz von linearen Umwandlern (Sensoren) ist jedoch wegen der Verringerung der Messgenauigkeit mit dem Sinken des Messwertes ein geeigneter Bereich auf eine bis zu 10-fache Variation des Eingangswertes beschränkt.Magnetic field converters - Hal1 elements - are known (cf. 0.K. Homeriki "Semiconductor magnetic fell converters - Hallelements", Moscow, Energoatomizdat, 1986 and JP 4-13982 A , In: Patents Abstracts of Japan, P-1342, April 22, 1992, Vol. 16, No. 167). Hall elements and Hall sensors that are based on Hall elements are currently used in measurement methods for measuring electrical and non-electrical values. With regard to the relative error range of the measurements using linear converters (sensors), however, due to the reduction in measurement accuracy as the measured value decreases, a suitable range is limited to a 10-fold variation of the input value.

Es gibt einen Hall-Sensor (vgl. F. W. BELL Catalog, 6120 Hanging Moss Road, Orlando, Florida 32807, Seite 22, Prototyp), der eine lineare Umwandlung des gemessenen Wertes der magnetischen Feldinduktion in Hall-EMF (EMF bedeutet elektromagnetische Kraft) ermöglicht. Dieser Sensor enthält ein Hall-Element und eine Kontrollstromquelle, worin Hall-Elektroden des Hall-Elements mit dem Hall-EMF-Verstärker verbunden sind. Der relative Messfehler, der durch einen solchen Sensor sowie durch andere lineare Umwandler hervorgerufen wird, hängt vom gemessenen Wert ab, und eine akzeptable Genauigkeit der Messung wird in einem relativ engen Messbereich sichergestellt.There is a Hall sensor (see F. W. BELL Catalog, 6120 Hanging Moss Road, Orlando, Florida 32807, Page 22, prototype), which is a linear conversion of the measured Value of the magnetic field induction in Hall EMF (EMF means electromagnetic force). This sensor contains a Hall element and a control current source, wherein Hall electrodes of the Hall element with the Hall EMF amplifier are connected. The relative measurement error caused by such Sensor as well as caused by other linear converters depends on measured value, and an acceptable accuracy of the measurement is ensured in a relatively narrow measuring range.

In einigen Fällen ist es erforderlich, die Messungen in einem Bereich durchzuführen, der die 10-fache Variation des gemessenen Wertes übersteigt und/oder einen sich verhältnismäßig geringfügig veränderten Wert des relativen Fehlers im Gesamtbereich bereitzustellen, Es ist bekannt, dass in einem solchen Fall Meßsysteme mit logarithmischer Umwandlung des gemessenen Wertes die beste Qualität bieten.In some cases, it is required Perform measurements in an area that is 10 times the variation of the measured value and / or a relatively slightly changed one To provide value of the relative error in the full range, there it is known that in such a case measuring systems with logarithmic conversion offer the best quality of the measured value.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Hall-Sensor bereitzustellen, der Messungen innerhalb eines breiten Variationsbereichs der magnetischen Feldinduktion sicherstellt, während der Fehler über den gesamten Bereich relativ konstant gehalten wird. The object of the present invention is a Hall sensor to provide measurements within a wide range of variation the magnetic field induction, while the error over the entire area is kept relatively constant.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in the claim 1 specified features solved.

1 ist der Schaltkreis des erfindungsgemäßen Hall-Sensors. 1 is the circuit of the Hall sensor according to the invention.

2 ist ein Graph, der die Eigenschaften am Ausgang des Hall- Sensors zeigt. 2 is a graph showing the properties at the output of the Hall sensor.

3 ist ein Graph, der die gemessenen Fehler zeigt. 3 is a graph showing the measured errors.

Der Hall-Sensor-Schaltkreis umfasst das Hall-Element 1, dessen Hall-Elektroden 2 und 3 mit den Eingängen des Hall-EMF-Verstärkers 4 verbunden sind. Die Elektroden 5 und 6 des Hall-Elements 1 sind mit dem Ausgang des Stromgebers 7 verbunden. Der Ausgang des Hall-EMF-Verstärkers 4 ist mit dem Eingang des Wandlers 8 verbunden. Der Ausgang des Wandlers 8 ist mit dem ersten Eingang 9 des Stromgebers 7 verbunden, an dessen zweiten Eingang 10 das Signal aus der Kontrollstromquelle 11 aufgenommen wird. Die Kurve in 2 zeigt das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Hall-Sensors. Für Vergleichszwecke zeigt 2 auch die Kurve der logarithmischen Abhängigkeit, wobei die Abszisse die magnetische Feldinduktion in logarithmischer Auftragung angibt und die Ordinate die Ausgangsspannung in relativen Einheiten angibt. Die Kurve in 3 ermöglicht es, einen geeigneten Messbereich für einen gegebenen relativen Fehler des Messwertes zu finden. Dieser Graph zeigt die magnetische Feldinduktion in logarithmischer Auftragung auf der Abszisse und den relativen Fehler des Sensors in relativen Einheiten auf der Ordinate.The Hall sensor circuit includes the Hall element 1 whose Hall electrodes 2 and 3 with the inputs of the Hall EMF amplifier 4 are connected. The electrodes 5 and 6 of the Hall element 1 are connected to the output of the current generator 7 connected. The output of the Hall EMF amplifier 4 is with the input of the converter 8th connected. The output of the converter 8th is with the first entrance 9 of the current generator 7 connected, at its second entrance 10 the signal from the control power source 11 is recorded. The curve in 2 shows the output signal of the Hall sensor according to the invention. For comparison purposes shows 2 also the curve of the logarithmic dependency, the abscissa indicating the magnetic field induction in logarithmic form and the ordinate indicating the output voltage in relative units. The curve in 3 makes it possible to find a suitable measuring range for a given relative error of the measured value. This graph shows the magnetic field induction in logarithmic plotting on the abscissa and the relative error of the sensor in relative units on the ordinate.

Der erfindungsgemäße Hall-Sensor-Schaltkreis funktioniert wie folgt.The Hall sensor circuit according to the invention works like this.

Wenn die magnetische Feldinduktion nahe 0 ist, d. h. wenn kein Eingangssignal vorhanden ist, wird der Kontrollstrom des Hall-Elements 1 durch den Wert des Stroms von der Kontrollstromquelle 11 bestimmt. Mit dem Ansteigen der Induktion wächst die Hall-EMF, was zu einem Ansteigen der Spannung am Ausgang des Hall-EMF-Verstärkers 4 und zu einem Ansteigen des Signals am Ausgang des Wandlers 8 führt. Im Stromgeber 7 wird das Signal des Wandlers 8 von dem Signal abgezogen, das von der Kontrollstromquelle 11 in den Eingang 10 gegeben wird. Dadurch ergibt sich, dass der Kontrollstrom des Hall-Elements 1 verringert wird, je höher die magnetische Feldinduktion wird. Der Wandler 8 kann beispielsweise als seriell verbundener Gleichrichter und Wandler aufgebaut sein, der den absoluten Spannungswert als Strom anzeigt. In einem bestimmten Variationsbereich des Eingangssignals gleicht die Eingangs-Ausgangs-Eigenschaft des erfindungsgemäßen Sensors der Kurve in 2. 2 zeigt für Vergleichszwecke die Kurve der logarithmischen Abhängigkeit. Die Ähnlichkeit dieser Abhängigkeiten kann durch die Fehler der Messwerte in 3 beurteilt werden. Mit Hilfe dieser Kurve ist es möglich, für den gegebenen relativen Fehler der Messwerte einen entsprechenden Bereich der Veränderung des Messwertes zu bestimmen. Beispielweise ergibt der Bereich von etwa 2 bis 50 relativen Einheiten den relativen Fehler von 1,6.If the magnetic field induction is close to 0, ie if there is no input signal, the control current of the Hall element 1 by the value of the current from the control current source 11 certainly. As the induction increases, the Hall EMF increases, which leads to an increase in the voltage at the output of the Hall EMF amplifier 4 and an increase in the signal at the output of the converter 8th leads. In the current transmitter 7 becomes the signal from the converter 8th subtracted from the signal from the control power source 11 in the entrance 10 is given. This means that the control current of the Hall element 1 is reduced, the higher the magnetic field induction. The converter 8th can be constructed, for example, as a series-connected rectifier and converter, which indicates the absolute voltage value as current. In a certain variation range of the input signal, the input-output property of the sensor according to the invention equals the curve in 2 , 2 shows the logarithmic dependency curve for comparison purposes. The similarity of these dependencies can be due to the errors in the measured values in 3 be assessed. With the help of this curve it is possible to determine a corresponding range of the change in the measured value for the given relative error of the measured values. For example, the range of about 2 to 50 relative units gives the relative error of 1.6.

Claims

Hall sensor with - a Hall element ( 1 ), whose Hall electrodes ( 2 . 3 ) with the inputs of a Hall EMF amplifier ( 4 ) are connected - a converter ( 8th ), which shows the absolute voltage value as current, the input of the converter ( 8th ) is connected to the output of the Hall EMF amplifier and its output is connected to the first input of a current generator ( 7 ) is connected, the second input of the current generator ( 7 ) with the output of a control current source ( 11 ) is connected and the electrodes ( 5 . 6 ) of the Hall element ( 1 ) with the output of the current generator ( 7 ) are connected, and - the current transmitter ( 7 ) the Hall element ( 1 ) supplied with such a current that the converter ( 8th ) signal supplied by the control power source ( 11 ) signal supplied is subtracted.