直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)

華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于磁場和電流的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。具有這種效應(yīng)的元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢uh=khib,當(dāng)保持霍爾元件的控制電流恒定,而使霍爾元件在一個(gè)均勻梯度的磁場中沿水平方向移動(dòng)，則輸出的霍爾電動(dòng)勢為Ukx，式中k—位移傳感器的靈敏度。這樣它就可以用來測量位移?；魻栯奌動(dòng)勢的極性表示了元件的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線性度就越好。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、?5V直流電源、測微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄?，?shí)驗(yàn)板的連接線按圖9-1進(jìn)行。1、3為電源土5V,2、4為輸出。2、 開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片大致在磁鐵中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1使數(shù)顯表指示為零。圖9-1直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖3、測微頭往軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表9-1。表9－1X(mm)V(mv)作出V-X曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1、 對傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2、 不要將霍爾傳感器的激勵(lì)電壓錯(cuò)接成±15V，否則將可能燒毀霍爾元件。六、思考題：本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？答：本人認(rèn)為應(yīng)該是實(shí)際的輸入、輸出與擬合的理想的直線的偏離程度的變化，當(dāng)X不同的時(shí)候，實(shí)際的輸出值與根據(jù)擬合直線得到的數(shù)值的偏離值是不相同的。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器的特性曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：表9－2X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V(mv)72952334717785-80-235-354-465-575V-X曲線如下:

0V1234689105772952317785124682X0.8根據(jù)上圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在Xe[0.2,0.8]區(qū)間，霍爾傳感器的靈敏度為：■*—V(mv)347-80-235-354-465-575—■—X(mm)0.20.40.68006004000V1234689105772952317785124682X0.8根據(jù)上圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在Xe[0.2,0.8]區(qū)間，霍爾傳感器的靈敏度為：■*—V(mv)347-80-235-354-465-575—■—X(mm)0.20.40.6800600400200-200-400-600-800V-X曲線—?—V(mv)—■—X(mm)729-177k沁 =920；在Xe[1.2,2.0]區(qū)間，霍爾傳感器的靈敏度為：0.8-0.2

k丁235+575?567。1.4-2.0以上曲線本著出于方便，利用Excel軟件直接生成的，下面將利用最小二乘法擬合更加符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的V-X曲線。在這里，直接利用最小二乘法的結(jié)論：V二a+bX，其中ZxZxy-ZyZx2iiiiia—i=1im i=1i=1i=1ii=1為x另y-K為xyi i ii(為x)2-K為ii=1(為x)2-K為ii=1x2i=i=1計(jì)算a、b(利用表2數(shù)據(jù))藝X—0.2+0.4+0.6+0.8+1.0+1.2+1.4+1.6+1.8+2.0=11ii=1蘭XV—0.2*729+0.4*523+0.6*347+0.8*177+1.0*85+1.2*(-80.)+1.4*(-235)iii=1+1.6*(-354)+1.8*(-465)+2.0*(-575)=-2188.6藝V—729+523+347+177+85-80-235-354-465-575=152ii=1藝X2—0.22+0.42+0.62+0.82+1.02+1.22+1.42+1.62+1.82+2.02—15.4ii=1可得，11*(-2188.6)-152*15.4a沁800.47112-10*15.411*152-10*(-2188.6)b— =-713.88112-11*15.4即得V-X擬合曲線，V=-713.88*X+800.47誤差分析：把X的值分別代入式V=-713.88*X+800.47，可得：AV—71.306；AV—8.082；AV—-25.142；AV—-52.366；AV—-1.59；1 2 3 4 5AV=-23.814；AV=-36.038；AV=-12.262；AV=19.514；AV=52.29。6 7 8 9 10可得，線性度為5-竺卄x100%-AV1x100%— 71.306x100%沁5.55%LV V—V 657.694-(-627.29)FS1102、歸納總結(jié)霍爾元件的誤差主要有哪幾種，各自的產(chǎn)生原因是什么，應(yīng)怎樣進(jìn)行補(bǔ)償。答：(1)零位誤差。零位誤差由不等位電勢所造成，產(chǎn)生不等位電勢的主要原因是：兩個(gè)霍爾電極沒有安裝在同一等位面上；材料不均勻造成電阻分布不均勻；控制電極接觸不良，