传感器面面观：干簧管与霍尔效应传感器

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编者按：在2月1日的“浙江水报”上，我们发表了“对‘一户一表计量到户’自动化抄表系统的探讨”一文，对自动化抄表系统的三种情况作了阐述，相信广大供水企业会有所启迪。这期水报，我们转载了在“单片机与电子制作网”上，题为“传感器面面观”供需要的朋友学习和探讨。这是因为实现“一户一表”研讨会（或交流会），对这一问题作深度探讨。那么，在“一户一表”的选型中，究竟是干簧管传感器还是霍尔效应传感器更先进些、更稳定些、更经济些、更准确些，这正是我们众多供水行业的首选标准。为了给大家提供借鉴和参考，相信供水行业的领导和有关人员在阅读此文后，会作出你的明智选择。
   自从有了霍尔效应传感器以来，它夺得了设计师的设计想象力，一般认为固态器件比机械电子器件更为可靠。然而，当比较干簧管传感器技术与霍尔传感器技术时，你可观察到干簧管传感器一些值得注意的优点。
                                       干簧管传感器技术
在干簧传感器中，关键的元件是簧片开关，它是由Western Electric公司在1940年发明的。其它主要元件是开或关的弹性簧片及磁铁或电磁铁。
经过60年，干簧管开发得到了一些改进，使得更可靠，在改进质量的同时又降低了成本。由于这些引人注目的改进，干簧管开关在某些要求质量、可靠性及安全至上的苛刻应用中已成为设计的选择。
干簧管传感器的质量及可靠性最引人注目的应用是用于自动测试设备（ATE）。在这种设备中技术是一流的，干簧开关被用于干簧继电器，它应用于IC、ASIC、硅片的测试设备中及印制测试设备中，作为开关。在这些应用中，一个测试系统中干簧管继电器就可能达2万个。
一个继电器的故障率制定为50ppm，因此为满足这个要求，干簧继电器的质量水平要比50ppm的要求好得多。至今，还没有听到过一个机电器件有这样的质量水平。相似地，它同样也适用于一些半导体器件。
一旦除了初始工作的质量测试以外，干簧继电器需要在它的寿命内很好地执行工作。在这一点上它们已证实了胜过所有其它开关器件。这是因为在很多情况下，ATE一天工作24小时，一周工作7天，它所占的费用是最主要的。因此干簧管继电器的工作寿命需要上百万次。
另一个有利于干簧管继电器的例子是它用作气囊传感器，在这个系统中它通过了在严酷的安全应用中的时间测试。干簧管传感器是广泛地用于很多要求高的汽车安全设备（例如敏感刹车液的高度），在很多医疗仪器上的应用，这包括烧灼设备、起博器等医疗电子设备等。在这些设备上，干簧管继电器隔离了小的漏电流。

   干簧管传感器与霍尔效应传感器的比较
在干簧管和霍尔效应两种传感器的技术上，其尺寸都在缩小。然而，当干簧管传感器与霍尔效应传感器相比较时（见附表），可以看到干簧管的一些优点：
1、霍尔效应器件一般价格低，但需要加上昂贵的电源电路供电，其输出信号也是那么低，通过也要加放大电路。可以认为其最后结果是霍尔效应传感器比干簧管传感器更贵。
2、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达1015。其结果是漏电流为10-15A的水平。另一方面，霍尔效应器件有亚微安的漏电流水平。在医疗电子设备中插入人体的探针或起博器，对这些设备要求不能有任何漏电流接近心脏，这一点是十分重要的，微安或亚微安电流能改变心脏关键的电的能动性。
3、干簧传感器是密封的，因此它能几乎工作于任何环境（如对湿度无影响）。
4、干簧开关的触头在导通时有极低的导通电阻，典型值低到50m，而霍尔效应传感器可能有上百欧姆。
5、干簧传感器能直接开关信号范围从几纳伏到千伏，电流从飞安到安，频率从直流到6GHz。霍尔效应器件输出范围是很受限制。
6、干簧传感器提供磁灵敏度有一个较大的范围。
7、干簧传感器对ESD是不敏感的，而ESD常可能损坏霍尔效应传感器。
8、干簧管传感器能经受很高的电压（最小的额定值是1000V）。霍尔效应器件需外部电路其额定值到100V。
9、干簧管传感器能经受3英尺跌落的典型试验，该跌落试验与霍尔效应传感器是相似的。
10、因为干簧管传感器无磨损元件，低级负载（在10mA时低于5V及更低）工作可达百万次。这相当于半导体微细加工器件的数字。
11、干簧管传感器以温度环境没有影响，典型的工作温度范围从-50。C到+150。C，无特别附加条件、限制或费用。霍尔效应传感器工作温度范围有限制。
干簧管产品有很多很好的应用。某些干簧管继电器工厂在设计苛刻应用上极好，在质量、可靠性及安全性上是一流的。

霍尔效应传感器与干簧管传感器比较

技术要求	霍尔效应传感器	干簧管传感器
输入要求敏感距离输出要求需要电源才能工作除了敏感器件外的需要磁滞检测电流要求有能力直接去开关负载输出开关功率开关电压范围开关电流范围输出灵敏度对极性输出失调电压灵敏度新波器的需要频率范围开关导通时电阻期望的开关寿命在小于5V10mA 输出电容输出/输出绝缘交叉输出绝缘输出绝缘材料强度 ESD敏感性气密性冲击振动工作温度范围储藏温度	外部磁场大于15高斯有效距离达20mm 连续电流大于10mA,取决于灵敏度是内部集成了稳压电源、恒压电源、小信号放大器等固定的通常75%左右是，通常要放大否，需要外部开关低，mW级根据外部开关的要求根据外部开关是，对工作是关键的是，是，帮助减少失调电压，需要另外加外部输出电容根据外部开关》200Ω 大于1百万次典型值100pF 最小1012Ω 小于106Ω 典型值小于10V 是，需要外部保护不大于150g 大于50g 0—70℃典型值或大于或小于此范围 -55+125℃	外部磁场大于5高斯有效距离达40mm 无否无可调整适合设计的需要无是，可达1000V/2A，取决于对千簧的选择可达100W，取决开关的选择 0—200V（有可能到1000V） 0—2A 无受温度影响无不需要直流至6GHz 0.050Ω 大于1百万次典型值0.2pF 最小1012Ω 大于1012Ω 典型值大于250V（有可能2500V）否，无需外部保护是 150g(新的可达5000g) 10g -55～150℃ -55～150℃