直流激勵(lì)下霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一

1、傳感器技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一直流激勵(lì)下霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握霍爾傳感器的特性與應(yīng)用答：霍爾傳感器是根據(jù)霍爾元件的電磁特性（控制電流與輸出之間的關(guān)系， 霍爾輸出與磁場之間的關(guān)系）輸出電壓與控制電流之間呈線性關(guān)系，直線的斜率稱為控制電流靈敏度。 固定控制電流，元件的開路霍爾輸出隨磁場的增加呈線性關(guān)系。二、基本原理在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電 勢，這種現(xiàn)象為霍爾效應(yīng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾 元件。假設(shè)在N型半導(dǎo)體薄片上通以電流I，則半導(dǎo)體中載流

2、子將沿著和電流相反的方 向運(yùn)動(dòng)，若在垂直于薄片平面的方向加以磁場B，則在洛倫茲力fL = evB （e為 電子電量，v為電子速，B為磁場強(qiáng)度）作用下，電子向一邊偏轉(zhuǎn)，并使該邊電 子形成積累，則在另一邊積累正電荷，于是產(chǎn)生電場，該電場使電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)， 當(dāng)電場作用在電子的力fE = eUH/1與洛倫茲力fL相等的時(shí)候，電子的積累達(dá)到動(dòng) 態(tài)平衡。此時(shí)，在薄片兩橫端面間建立的電場為霍爾電場Eh，相應(yīng)的電勢為霍 爾電勢UH，大小為UH = RHIB/dRh 霍爾常數(shù);I-控制電流；B -磁場強(qiáng)度；d -霍爾元件的厚度；令Kh = Rh/ d （KH成為霍爾元件的靈敏度）；則Uh = KhIB。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)

3、果記錄第一組數(shù)據(jù)第二鄉(xiāng)刻度第一組數(shù)據(jù)第二鄉(xiāng)刻度/mm電壓/V刻度/mmR數(shù)據(jù)第三組數(shù)據(jù)電壓/V刻度/mm電壓/V12.150.00112.450.00712.52-0.00712.65-0.52511.950.52013.02-0.49813.15-0.95311.451.08313.52-0.98813.65-1.39910.951.66814.02-1.47614.15-1.75410.452.2214.52-1.93214.65-2.009.952.7015.02-2.3415.15-2.149.452.9415.52-2.6615.65-2.238.953.0316.02-2.7716

4、.15-2.288.453.0316.52-2.7816.65-2.328.953.0416.02-2.8017.15-2.359.452.9615.52-2.6717.65-2.359.952.7615.02-2.3617.15-2.3510.452.3314.52-1.9216.65-2.3210.951.7814.02-1.5416.15-2.2911.451.15113.52-1.05815.65-2.3311.950.59213.02-0.54415.15-2.1412.450.07812.52-0.03014.65-2.0312.95-0.41012.020.50114.15-1.

5、82513.45-0.89511.521.08113.65-1.06213.95-1.39611.021.70213.15-0.71214.45-1.89610.522.3112.65-0.29914.95-2.3310.022.7912.150.17515.45-2.619.523.0511.650.67215.95-2.719.023.1311.151.15416.45-2.758.523.1110.651.63315.95-2.579.023.0810.152.0315.45-2.439.523.009.652.3614.95-2.1710.022.719.152.5414.45-1.8

6、2810.522.288.652.6313.95-1.43111.021.668.152.7313.45-0.96011.521.077.652.8212.95-0.48212.020.5067.152.8312.45-0.01612.520.0106.652.846.152.846.652.907.152.877.652.618.152.608.652.669.152.839.652.9910.152.7110.652.1711.151.50911.650.94212.150.384四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.用matlab做三次測量數(shù)據(jù)的折線圖7處./1j 111111L_%*1 !1I因ybr

7、-曰，匚傳感器測距折線圖43210-1-2-3-48910111213141516使用一條直線對曲線進(jìn)行擬合，給出擬合公式如圖為傳感器位移特性曲線，紫色線為用最小二乘法做出的一次擬合直線， 擬合直線公式為：y=kx+b（分別在直線上找到兩點(diǎn)帶入得到公式）即：y=-1.029x+12.492根據(jù)圖形，計(jì)算或者指出傳感器的測量范圍，靈敏度，線性度，重復(fù)性。從圖中可以看出傳感器的測量范圍是-2.493V +3V.靈敏度為 Kh Rh/ d =-1.029線性度稍差，因?yàn)閮蓚€(gè)磁鋼產(chǎn)生的磁場不完全對稱，傳感器對稱性不太好， 導(dǎo)致線性度不太好。從圖中曲線可以看出，傳感器的重復(fù)性還算良好，來回兩次大致重合，

8、重復(fù) 性良好。五、回答問題計(jì)算位移分別為-0.7mm，+0.6mm時(shí)的輸出電壓。答：位移為-0.7mm時(shí)，輸出電壓為11.772V，位移為+0.6mm時(shí)，輸出電壓為13.109V。理論上傳感器的輸出是為線性的，但是實(shí)際卻是非線性的，解釋其原因。 答：原因我覺得有以下幾種：（1）可能由于兩個(gè)霍爾沒有安裝在同一等位面；由于材料不均勻造成電阻 分布不均勻；控制電極接觸不良造成電極分布不均勻而產(chǎn)生的不等位電勢造成 的。(2)可能因?yàn)榘雽?dǎo)體對溫度很敏感，因而其霍爾系數(shù)、電阻率、霍爾電勢 的輸入、輸出電阻等均隨溫度有明顯的變化，導(dǎo)致了霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。C.傳感器位于中點(diǎn)時(shí)，輸出不為零，需要用RW1調(diào)零，這個(gè)不為零的電壓 時(shí)什么電壓？如何產(chǎn)生的？答：該電壓為不等位電勢。在制作霍爾元