霍爾傳感器開放型實驗報告

1、開放型實驗報告實驗名稱：霍爾傳感器綜合應用學 院：專 業(yè)：班級學號：學生姓名：實驗日期：評 分：教師簽名：南昌航空大學開放型實驗報告1 實驗目的（1）了解霍爾效應原理及其在電量、非電量測量中的應用概況；（2）熟悉霍爾傳感器的工作原理及其性能；（3）掌握開關(guān)型霍爾傳感器測量電機轉(zhuǎn)速的方法；（4）掌握線性霍爾傳感器測量大電流的方法。2 文獻綜述2.1 霍爾傳感器的介紹霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁敏傳感器。通俗的說就是一種能將磁信號轉(zhuǎn)換為電信號的輸入換能器，它的用途很廣, 是一 種很有前途的器件 。 我國 生產(chǎn)的s L 300o系列 集成開關(guān)式霍 爾效應傳感 器是 目前國際上較為先進的一 種

2、開 關(guān) 式 磁 敏器件, 是無觸點 、 無磨議 的較理 想 的磁 電轉(zhuǎn)換器件，如圖1所示。此外，還有線性型霍爾傳感器，它由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量，如圖二所示。a)結(jié)構(gòu) b)符號 圖1 開關(guān)型霍爾傳感器a)結(jié)構(gòu) b)符號 c)外形圖2 線性型霍爾傳感器2.1.1 霍爾傳感器的大電流檢測方法電流檢測有很多方法：如電流表直接測量法、電流-電壓轉(zhuǎn)換法（包括取樣電阻法、反饋電阻法）、電流-頻率轉(zhuǎn)換法、電流-磁場轉(zhuǎn)換法、電流互感器法等。電流表直接測量法對于串入電流表不方便或沒有適當量程的電流表的情況，是行不通的。在電流-電壓轉(zhuǎn)換法中取樣電阻法比較適合于測量較大的電流，而反饋電阻

3、法比較適合測量小電流，但是同電流表直接測量法一樣，需要截斷電流回路。2.1.2 霍爾傳感器的性能指標霍爾傳感器需要滿足特定的性能指標，如靈敏度，分辨率等。在開關(guān)和距離探測應用中需要的磁場強度在5到100mT之間，然而在存儲應用中需要的磁場強度僅在10UT到10MT之間。1A的直流導線表面就能產(chǎn)生約100UT的磁場。根據(jù)應用的不同，來確定霍爾傳感器的性能參數(shù)，進而選擇合適的霍爾傳感技術(shù)。例如高密度二進制磁性存儲就要求高的空間分辨率，線性磁性探測就不需要這樣。選擇霍爾傳感器的主要指標如下：（1） 技術(shù)可能性評估（2） 制造成本（3） 應用環(huán)境（4） 霍爾傳感器的幾何形狀（5） 靈敏度，輸出信號參數(shù)

4、（6） 信噪比，磁場分辨率（7） 線性度等等2.1.3 霍爾傳感器的國內(nèi)外發(fā)展狀況霍爾傳感器具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻柧€性傳感器的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)傳感器無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達m級）。其中取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍可以很寬，可達55150?；谏鲜鰞?yōu)點霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展應用大致分為直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，其中最具特色的當推是霍爾電流、電壓類傳感器變送器，它們

5、已成為當今電子測量領(lǐng)域中應用最多的傳感器件之一，是測量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器，是一種新型的高性能電氣隔離檢測元件，被廣泛用于電力、電子、交流變頻調(diào)速、逆變裝置、電子測量和開關(guān)電源等諸多領(lǐng)域以及逆變焊機，發(fā)電及輸變電設(shè)備，電氣傳動，數(shù)控機床等工業(yè)產(chǎn)品上，它正在逐步替代傳統(tǒng)的互感器和分流器，并具有精度高、線性好、頻帶寬、響應快、過載能力強和不損失測量電路能量等優(yōu)點。后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來

6、進行檢測和控制。其中諸如常見的在無刷電機、無損探傷，接近開關(guān)，齒輪轉(zhuǎn)速傳感器，角度傳感器以及微位移（壓力、振動、加速度、液位）傳感器等新興產(chǎn)業(yè)的應用發(fā)展。從事霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的廠家基地就如雨后春筍般的不斷涌現(xiàn)，這方面的人才搶奪競爭更是白熱化。就如霍爾電流電壓傳感器為例，華北有北京萊姆北京森社（原北京701廠）煙臺華冠河北保定。東南有南京中旭科技和株洲寧波分所，華南有成都晶峰與河源雅達等，當然還有武漢華意，南京茶花、托肯，珠海澳特爾，深圳北疆等近幾年實力也越來越強，不容忽視。以上這些廠家規(guī)?；虼蠡蛐?，技術(shù)力量或強或弱，有的曾經(jīng)還是一脈相承，大家產(chǎn)品或多或少存在著某種相同，又各有各的特點，因而大

7、家在應用領(lǐng)域的市場競爭日益激烈。另外以霍爾技術(shù)為核心的智能電量傳感器也已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)鏈，四川維博西安天立深圳圣斯爾等，他們的產(chǎn)品多為電流電壓傳感器變送器數(shù)字電路處理，這必將成為霍爾傳感器在工業(yè)電量測控應用領(lǐng)域的新型發(fā)展應用。國際上的霍爾傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展以其智能化、集成化見長，它們正在逐漸的進入我國的市場，實際上在很多集約化領(lǐng)域，已隨處可見它們的身影。這些大公司的產(chǎn)品具有很大的競爭實力，對國內(nèi)的霍爾傳感器廠家來說無疑是一種強力沖擊。 3 實驗原理3.1 光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗光電傳感器有反射型和透射型兩種，本實驗裝置是透射型的，傳感器端部兩側(cè)分別裝有光電管和發(fā)光管，發(fā)光管發(fā)出的光源透過轉(zhuǎn)盤上通孔后由光

8、電管轉(zhuǎn)換成電信號，由于轉(zhuǎn)盤上有均勻間隔的6個孔，轉(zhuǎn)動時將獲得與轉(zhuǎn)速有關(guān)的脈沖數(shù)，脈沖經(jīng)處理有頻率表顯示F，即可得到轉(zhuǎn)速n=F/6.實驗原理圖如下圖所示： 3.2 開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗利用霍爾效應表達式：Uh=KIB，當被測圓盤上裝上N只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。 3.3 線性式霍爾傳感器位移特性實驗在半導體薄片兩端通以控制電流、并在薄片的垂直方向施加磁場強度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電勢UH(稱為霍爾電勢或霍爾電壓。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。本實驗用的霍爾傳感器位移

9、傳感器是由線性霍爾元件、兩只半圓形永久磁鋼組成，其工作原理和實驗電路圖如下圖所示：4 實驗內(nèi)容及結(jié)果分析4.1 實驗內(nèi)容4.1.1 光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗1. 采用 CSY-998G 型實驗儀，將 015V 直流電源接到電機上，并接上電壓表，用于監(jiān)測加在電機上的電源。加在電機上的電壓不要超過 12V。 2. 選用 CSY-998G 型實驗儀面板上的“光電轉(zhuǎn)速實驗”模塊，按面板上的電路圖接線。Vo 接數(shù)字示波器。 3. 檢查接線，確認無誤后，通電。注意：加在電機上的電壓不要超過 12V。調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，讀取不同電壓時數(shù)字示波器上的頻率，即光電傳感器的輸出頻率，計算電機轉(zhuǎn)速。 4.1.2 開關(guān)

10、式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗 1.根據(jù)下圖將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上（紅線接+5V，黑線接地，黃線輸出信號線接頻率計，轉(zhuǎn)速表或數(shù)字示波器） 2.首先在接線以前，合上主機箱電源開關(guān)，將主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源024V旋鈕調(diào)到最小后接入電壓表，監(jiān)測大約為0V左右，然后關(guān)閉主機箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)動電源接到主機箱中。3.合上主機箱電源開關(guān)，在小于12V范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)電源，觀察電機轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。從2V開始記錄每增加1V相應電機轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。實驗完畢，關(guān)閉電源。4.1.3 線性式霍爾傳感器位移特性實驗4.1.4 線性霍爾傳感器測大電流 線性霍爾傳感器的輸出電壓與外加磁場強度呈線性關(guān)系。電流表直

11、接測量法對于串入電流表不方便或沒有適當量程的電流表的情況，是行不通的。在電流-電壓轉(zhuǎn)換法中取樣電阻法比較適合于測量較大的電流，而反饋電阻法比較適合測量小電流，但是同電流表直接測量法一樣，需要截斷電流回路。4.2 結(jié)果及分析4.2.1 光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗原始數(shù)據(jù)：Vo6 6.577.588.599.51010.5F133142.9158166.7178.6188.7200212.8227232.6N22.123.826.327.729.831.4533.335.537.838.8波形圖：結(jié)果分析：隨著電壓V的升高，頻率F變大，轉(zhuǎn)速N=F/6越快。4.2.2 開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗原始數(shù)據(jù)：

12、V66.577.588.599.51010.N21.4223.9925.5627.7829.7331.2533.3335.2137.2139.06波形：結(jié)果及分析：六分頻輸入，直接得出轉(zhuǎn)速，數(shù)據(jù)規(guī)律與前者一樣。4.2.3 線性式霍爾傳感器位移特性實驗原始數(shù)據(jù)：X55.566.577.588.599.510V-0.72-0.63-0.54-0.47-0.4-0.32-0.23-014-0.07-0.020.01X10.51111.51212.51313.51414.515V0.030.050.070.080.080.090.090.090.090.09 圖曲線圖結(jié)果分析：從圖中 可以看出，在位移

13、513mm之間，電壓V隨位移X的增加而近似呈現(xiàn)出線性變化，之后趨于飽和平穩(wěn)。4.2.4 線性霍爾傳感器測大電流原始數(shù)據(jù)：坐標圖：圖坐標圖結(jié)果分析：從圖中可以看出，在電壓較低時，電流趨于飽和，而較高時，電壓和電流呈現(xiàn)出近似的線性關(guān)系。5 總結(jié)本次霍爾傳感器綜合實驗，在陳老師的指導下，基本達到了預期目標，但中間也遇到一些疑惑，仔細分析檢查后就OK了。通過這次綜合實驗我進一步的了解了各傳感器的工作原理、工作特性、適用范圍和優(yōu)缺點，通過用各種傳感器測電機轉(zhuǎn)速和位移特性，把課堂上所學的理論知識真正的與實際運用相結(jié)合，讓我們更加理解了理論知識，也能把理論知識運用到現(xiàn)實中用以解決實際問題。同時提高了數(shù)據(jù)處理與分析的能力，能把多而復雜的實驗數(shù)據(jù)通過擬合、分析、處理從而得到較為準確的實驗結(jié)果。另外，我們了解了傳感器實驗儀的原理，并通過實驗知道了傳感器的作用，提高了看圖接線，分析電路圖，以及動手操作能力?？偟膩碚f，這次實驗我受益匪淺。參考文獻1 朱泉水，龔勇清. 大學物理實驗(第2版)M. 北京：科學出版社，2011.2 劉建. 電工與電子技術(shù)實驗教程M. 北京：航空工業(yè)