CSY－3000系列传感器与检测技术实验台
说明书
一、实验台的组成
CSY－3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V－＋24V（连续可调）直流稳压电源；直流恒流源0．6mA－20mA可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa （可调）；温度（转速）智能调节仪（开关置内为温度调节、置外为转速调节）；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。
2、振动源：振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。
转动源：手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。
温度源：常温－150℃。
3、传感器：有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六个（其中二个光源）。
4、实验模板：有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波模板、光电器件(一)、光开关共十二块模板。
二、使用方法
1、开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档；电流表显示选择旋钮打到200mA档；步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V档；其余旋钮都打到中间位置。
2、将AC220V电源线插头插入市电插座中，合上电源开关，数显表显示0000，表示实验台已接通电源。
3、做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中），检查无误后方可接通电源。
4、合上调节仪（温度开关）电源开关，调节仪的PV显示测量值；SV显示设定值。
5、合上气源开关，气泵有声响，说明气泵工作正常。
四、仪器维护及故障排除
1、维护
⑴防止硬物撞击、划伤实验台面；防止传感器及实验模板跌落地面。
⑵实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。
2、故障排除
⑴开机后数显表都无显示，应查AC 220V电源有否接通；主机箱侧面AC 220V 插座中的保险丝是否烧断。如都正常，则更换主机箱中主机电源。
⑵转动源不工作，则手动输入＋12V电压，如不工作，更换转动源；如工作正常，应查调节仪设置是否准确；控制输出Vo有无电压，如无电压，更换主机箱中的转速控制板。
⑶振动源不工作，检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出，如无输出，更换信号板；如有输出，更换振动源的振荡线圈。
⑷温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开；温度源的保险丝是否烧断；调节仪设置是否准确。如都正常，则更换温度源。
五、注意事项
1、在实验前务必详细阅读实验指南。
2、严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。
3、请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，因短接时间长易造成电路故障。
4、请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。
5、在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。
6、实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。
7、如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护按钮是否有效。
8、实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。
实验二霍尔式传感器——直流激励特性
实验原理：
霍尔元件是根据霍尔效应Array原理制成的磁电转换元件，当
W D
霍尔元件位于由两个环形磁钢
组成的梯度磁场中时就成了霍
尔位移传感器。（图22）
霍尔元件通以恒定电流时，就有霍尔电势输出，霍尔电势的大小正比于磁场强度（磁场位置），当所处的磁场方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。
实验所需部件：
霍尔传感器、直流稳压电源（2V）、霍尔传感器实验模块、电压表、测微仪
实验步骤：
1、安装好模块上的梯度磁场及霍尔传感器，连接主机与实验模块电源及传感器接口，确认
霍尔元件直流激励电压为2V，霍尔元件另一激励端接地，实验接线按图（22）所示，差动放大器增益10倍左右。
2、用螺旋测微仪调节精密位移装置使霍尔元件置于梯度磁场中间，并调节电桥直流电位器
WD，使输出为零。
3、从中点开始，调节螺旋测微仪，前后移动霍尔元件各3mm，每变化0.3mm读取相应的电
压值，并记入下表：
作出V-X曲线，求得灵敏度和线性工作范围。如出现非线性情况，请查找原因。
注意事项：
直流激励电压只能是2V，不能接+2V(4V)否则锑化铟霍尔元件会烧坏。
实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
四、实验步骤：
1、按图8示意图接线(实验模板的输出Ｖ
接主机箱电压表的Ｖｉｎ)，将主机箱上的
Ｏ１
电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ档。
2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节R
使数显表指示为零。
W1
图8 霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图
3、向某个方向调节测微头0.8ｍｍ位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.1mm记下一个读数(共记录1.6ｍｍ位移)，将读数填入表7。
表7
作出V－X曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。
实验六磁电式转速传感器测速实验一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。
三、需用器件与单元：主机箱、磁电式传感器、转动源。
四、实验步骤：
图9 磁电转速传感器实验安装、接线示意图
1、根据图9将磁电式转速传感器安装于磁电架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。
2、首先在接线以前，合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2—24ｖ旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(显示选择打到20ｖ档) ；然后关闭主机箱电源，将磁电式转速传感器、转动电源按图9所示分别接到主机箱的相应电源和频率／转速表(转速档)上。
3、合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
4、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的ｖ—ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。五、思考题：
为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？
dt
d N
e
Φ-
=
实验14 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 141270046 自动化杨蕾生 一、实验目的： 了解直流激励时霍尔式传感器的特性。 二、基本原理： 根据霍尔效应，霍尔电势U H＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。 三、需用器件与单元： 主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。按图14示意图接线（实验模板的输出V o1接主机箱电压表Vin），将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到2V档。 2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 3、以某个方向调节测微头2mm位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数，将读数填入表14。
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？ 答：本人认为应该是实际的输入、输出与拟合的理想的直线的偏离程度的变化，当X不同的时候，实际的输出值与根据拟合直线得到的数值的偏离值是不相同的。 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 实验数据如下： 表9－2
（1）由上图可知灵敏度为S=ΔV/ΔX=-0.9354V/mm （2）由上图可得非线性误差： 当x=1mm时， Y=-0.9354×1+1.849=0.9136 Δm =Y-0.89=0.0236V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=1.256% 当x=3mm时: Y=-0.9354×3+1.849=-0.9572V Δm =Y-（-0.94）=-0.0172V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=0.915% 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进 行补偿。 答：（1）零位误差。零位误差由不等位电势所造成，产生不等位电势的主要原因是：两个霍尔电极没有安装在同一等位面上；材料不均匀造成电阻分布不均匀；控制电极接触不良，造成电流分布不均匀。补偿方法是加一不等位电势补偿电路。 （2）温度误差。因为半导体对温度很敏感，因而其霍尔系数、电阻率、霍尔电势的输入、输出电阻等均随温度有明显的变化，导致了霍尔元件产生温度误差。补偿方法是采用恒流源供电和输入回路并联电阻。
佛山职业技术学院 实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试 专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘ 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图19—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
郑州轻工业学院 传感器及应用系统课程设计说明书基于线性霍尔元件的位移传感器 姓名：吴富昌 专业班级：电子信息工程13-01 学号：9 指导老师：陆立平 时间：2016.6.27 －2016.7.1
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目基于线性霍尔元件的位移传感器设计 专业、班级电子信息工程13-01 学号39 姓名吴富昌 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要内容： 利用线性霍尔元件设计一个位移传感器。 二、基本要求： （1）设计一个位移传感器，并设计相关的信号处理电路。 （2）为达到误差控制要求，需要对霍尔元件的误差进行补偿校正，主要包含霍尔元件的零位误差及补偿和温度误差及补偿。 （3）完成系统框图和电路原理图的设计和绘制，系统理论分析和设计详细明确，有理有据。 （4）信号处理电路应包含激励信号电路、消除不等位电势补偿电路、放大电路、相敏检波电路和低通滤波电路等。 （5）利用软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性。 （6）根据模拟结果计算位移传感器的迟滞误差、线性度和灵敏度等参数。 （7）写出3000～5000字的设计报告，主体文本字号为小四号，标题章节字号依照美观合理原则选择，并合理加黑，字体均为宋体。 三、主要参考资料： （1）何金田，张斌主编，传感器原理与应用课程设计指南。哈尔滨：哈尔
滨工业大学出版社，2009.01. （2）周继明，刘先任、江世明等，传感器技术与应用实验指导及实验报告。长沙：中南大学出版社，2006.08. （3）陈育中，霍尔传感器测速系统的设计，科学技术与工程，2010,10：7529-7532. 完成期限：2016年6月27 日－2016年7月1日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2016年 6 月27 日 基于线性霍尔元件的位移传感器设计 摘要 霍尔传感器是基于霍效应而将被测量转化成电动势输出的一种传感器。霍尔元件已发展成一个品种多样的磁传感器产品簇，并且得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁有关的场合中使用。霍尔期间以霍尔效应为其工作原理。当被测物体分别与恒定电流I和恒定磁场B垂直二当被测物体相对于原来位置有微小位移变化时，会产生变化的磁通量，会在导体垂直于磁场和电流的两个端面之间产生电势差，即UH(霍尔电压)。本文主要研究微小位移与霍尔电压的关系来设计霍尔位移传感器。 关键词霍尔传感器位移霍尔电压
佛山职业技术学院实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级 08152 学号 31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期 指导老师张教雄谢应然 项目名称霍尔传感器电路制作与 调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
霍尔传感器原理图： 霍尔开关电路（霍尔数字电路），由三 端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119， 三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输 入运放TL082和输出级组成。在外磁场的作 用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路 输出管导通，输出低电平 TL082是一通用的J-FET双运用算放大 器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电 流，输出没有短路保护，输入级具有较高的 输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压 摆率。最大工作电压为18V。TL082是霍尔传 感器的核心处理部位。（CON2接口对应霍尔 元件THS119） 霍尔元件THS119封装图
印刷板： 3211 2 2 12 121 2121 21 21212 1 21 2 1 4321 1234 8 7653213 211 2321 121 2 1212 直流电源输入24V ，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN 型三极管来串接一个电阻来等效代替。 整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。主要的设计是RT1热敏电阻，对电路在工作时的表面温度进行控制。这样的设计能很好的起到一个自我保护。 因为我们知道，霍尔传感器的PCB 板是封装在塑料外壳里，由于电路的工作环境的问题，导致电路几乎没有更好的散热（外壳有些导热）。至此，用到RT1热敏电阻来进行温度控制保护显得非常合理。 三、实验操作（焊接）： 1.霍尔传感器PCB 双层印制电路板的焊接。 2.了解电路的元件的安排和电路设计线路的排版。
实验一 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、 实验目的： 了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv)
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H=K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它 就可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器按图5-2安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-3进行。1、3为 电源±4Ｖ，2、4为输出。 作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 用最小二乘法对实验数据进行处理，并绘出V-X曲线，程序如下： t=[0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8]; y=[-0.966 -0.978 -0.984 -0.988 -0.993 -0.997 -1.001 -1.006 -1.010 -1.015]; [P,S] = polyfit(t,y,1) t1=0:0.01:1.8; yi=polyval(P,t1); plot(t,y,'k*',t1,yi,'r') xlabel('X(mm)'); ylabel('V(V)'); legend('测量数据点','最小二乘拟合线') 运行结果如下： P = -0.0248 -0.9715 S = R: [2x2 double] df: 8 normr: 0.0069 由结果知灵敏度为0.0248和非线性误差为0.69% V-X曲线
结论：由上图知霍尔电压与推进距离为线性关系。 五、思考题： 1）本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？ 2）请思考解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。 光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的： 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理： 本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦即探头，它与被测体相距Ｘ，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距Ｘ有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元： 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源±15V、反射面。 四、实验步骤： 1、根据图6-1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上光电变换座孔上。其内部已和发光 t=[0.51 0.8 0.835 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5]; y=[0.207 0.325 0.35 0.39 0.44 0.475 0.518 0.537 0.56]; [P,S] = polyfit(t,y,1) t1=0.5:01:1.5; yi=polyval(P,t1); plot(t,y,'k*',t1,yi,'r')
实验九霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 根据霍尔效应表达示U H=K H IB，当K H I不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周，表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次。此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、转速测量控制仪。 四、实验步骤 1、根据图9-1，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、绿（ ），不要接错。 3、将霍尔传感器输出端（黄线）接示波器或者频率计。 4、调节电动转速电位器使转速变化，用示波器观察波形的变化（特别注意脉宽的变化）， 或用频率计观察输出频率的变化。
五、实验结果分析与处理 1、记录频率计六组输出频率数值如下： 由以上数据可得：最快转速对应的频率f1=152.83Hz，最慢转速对应频率f6=20.1Hz。随着转速的减小，脉宽T1逐渐变大，但占空比基本保持不变，而且速度不能无限减小。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。 1
实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基教1108 实验日期 20 年 月 日 时段 同组同学 指导教师 一、实验目的（请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容，然后充分阅读实验报告！） 1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。 3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。 4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。 二、实验仪器 FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连接导线（4红，4黑）若干组成。其仪器装置如图1所示。 图1 新型螺线管磁场测定仪仪器装置 三、实验原理 把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B 中，如图2所示，当沿AA ′方向（Y 轴方向）通过电流I 时，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力f B 的作用而发生偏转。从而在DD ′间产生电位差U H ，这一现象称为 ，这个电位差称为 。
由电磁理论可得： U H ＝ （1） 式中，K H ＝ ned 1 称为霍尔元件的灵敏度，n 为载流子浓度，e 为载流子电荷电量，d 为半导体薄片厚度。 虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但实际中，在产生霍尔效应的同时，还伴随着几个副效应，它们分别是 ； ； ； 。所以用数字电压表测时U H 并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。 随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍尔传感器，它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。对SS95A 型集成霍尔传感器，它有三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”，“V out ”和“V -”构成“电压输出端”。由于SS95A 型集成霍尔传感器，它的工作电流已设定，被称为标准工作电流，使用传感器时，必须使工作电流处在该标准状态。在实验时，只要在磁感应强度为零(零磁场)条件下，调节“V +”、“V -”所接的“霍尔片工作电压”调节旋钮，使霍尔片传感器输出电压为2.500V(在数字电压表上显示)，则传感器就可处在标准工作状态之下。 图3 95A 型集成霍尔元件内部结构图 图2 霍耳效应原理图
实验 线性霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图28—1（带正电的载流子）所示，把一块宽为b ，厚为d 的导电板放在磁感应强度为B 的磁场中，并在导电板中通以纵向电流I ，此时在板 图28—1霍尔效应原理 的横向两侧面A ,A 之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释），所产生的电势差U H 称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为： U H ＝R H d IB ＝K H IB 式中：R H ＝-1／(ne)是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数； K H ＝ R H ／d 灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。 具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N 型半导体材料（金属材料中自由电子浓度ｎ很高，因此R H 很小，使输出U H 极小，不宜作霍尔元件），厚度d 只有1μm 左右。 霍尔传感器有霍尔元件和集成霍尔传感器两种类型。集成霍尔传感器是把霍尔元件、放大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔元件相比，它具有微型化、灵敏度高、可靠性高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。 本实验采用的霍尔式位移（小位移1ｍｍ～2ｍｍ）传感器是由线性霍尔元件、永久磁钢组成，其它很多物理量如：力、压力、机械振动等本质上都可转变成位移的变化来测量。霍尔式位移传感器的工作原理和实验电路原理如图28—2 (a)、(b)所示。将磁场强度相同的两块永久磁钢同极性相对放置着，线性霍尔元件置于两块磁钢间的中点，其磁感应强度为０，
传感器课程设计说明书线性霍尔元件位移传感器 学号： 学院名称： 专业班级： 学生姓名： 教师姓名： 教师职称： 2015 年 1 月
线性霍尔元件位移传感器设计任务书 一、设计题目 线性霍尔元件位移传感器 二、设计目的 课程设计是工科各专业的主要实践性教学环节之一，是围绕一门主要基础课或专业课，运用所学课程的知识，结合实际应用设计而进行的一次综合分析设计能力的训练。《传感器技术》是测控技术与仪器专业的一门专业技能课，能够运用基本测控电路知识解决日常生活中的问题是本专业学生的基本素质。本次课程设计旨在培养学生运用所学过的理论知识，初步掌握解决实际应用问题时所应具有的查阅资料、综合运用所学知识的能力，为课程设计及今后从事专业学习工作打下坚实的基础。 三、设计内容及要求 1.掌握传感器工作原理 2.掌握信号处理电路的作用与原理 3.画出各电路处理后的信号波形 4.对位移进行测量（正负位移均三次以上） 5.算出传感器的迟滞误差、线性度 6.写出说明书。 四、设计方法和基本原理 1.问题描述 设计一个既能测量位移的大小，也能判别方向的线性霍尔元件位移传感器。 2.解决方案 ①搜集资料，确定电路原理图（包括激励信号电路、消除不等位电势补偿电路、放大电路、移相电路、相敏检波电路和低通滤波电路等信号处理电路） ②搭建实物测量系统，调试各部分电路。 ③测试得出相应的实验数据，给出相应的波形，计算出传感器的量程、线性度和灵敏度、迟滞误差。写出说明书，答辩。
目录 第一章引言 (2) 第二章霍尔传感器工作原理 (2) 2.1霍尔效应 (2) 2.2霍尔元件的主要特性 (4) 2.3霍尔传感器的应用 (4) 第三章测量系统组成 (7) 3.1霍尔元件的误差及补偿 (7) 3.1.1霍尔元件的零位误差与补偿 (7) 3.1.2霍尔元件的温度误差及补偿 (7) 3.2 直流激励的霍尔传感器电路 (8) 3.3交流激励的霍尔传感器电路 (8) 3.3.1传感器补偿放大电路 (8) 3.3.2移相电路 (9) 3.3.2相敏检波电路 (10) 3.3.4低通滤波电路 (10) 第四章电路测试与结果 (11) 4.1进行各部分电路线路元件的连接组装 (11) 4.2移相电路的测试 (12) 4.3相敏检波电路的测试 (13) 4.4低通滤波电路测试 (15) 第五章传感器测试与数据处理 (16) 5.1传感器的回程差 (16) 5.2传感器的灵敏度 (17) 5.3传感器的线性度 (18)
【实验步骤】 (一)清点主要仪器（二）测量1.调节仪器①将仪器按照如图4所示安装：将弹簧固定在焦利秤上部的横梁上，在一 个刻有水平线的小平面镜杆下端挂上砝码盘，小平面镜杆穿过固定在立柱上的玻璃管，其上端与弹簧的下端相连， ②调节焦利秤的底脚螺旋，使焦利秤立柱竖直；调节螺旋E 使小平面镜上水平线与玻璃管壁上的水平线重合作为平衡位置，并调节支架让小镜面及其它参于振动的物体竖直。 2.测量弹簧的倔强系数K 2.1利用新型焦利秤（静态法）测定弹簧倔强系数K ①调节实验装置底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直（目测）；②将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上，旋转悬臂，使挂于弹簧下放的砝码 盘的尖针（1）靠拢游标尺上的小镜； （2）在砝码盘放入10个1g 的砝码，然后依次取出。在三线重合（小钩中的平面镜中有一水平刻线G ，玻璃管上有一水平刻线D ，D 在平面镜中有一像D’，通过转动标尺调节旋钮可将弹簧上下移动，则平面镜同时上下移动。当G 、D 、D’三者重合时称“三线重合”。）时，记录各次标尺读数y1,y2,……y10。（3）作Mi ～Yi 图，验证Mi ～Yi 满足线性关系，并求出斜率，'K 即为弹簧的倔强系数。'/K g K 2.2测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数（动态法）K （1）用电子秒表测弹簧振子振动50次的时间，然后求得弹簧振子的周期。T （2）用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。（3）将集成霍尔开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪相接。OUT 接周期测试仪正级，V-接电源负极，并和周期测试仪负级连接，V+接电源正级，见图3；、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
实验十四直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H=K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元、相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。 四、实验步骤： （一）直流激励时霍尔式传感器 1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。1、3为电源±4Ｖ， 2、4为输出。 图5-1 霍尔传感器安装示意图 2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节R W1使数显表指示为零。
图5-2 霍尔传感器位移直流激励实验接线图 3、旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数 近似不变，将读数填入表5-1。 X(mm) 9.700 9.500 9.300 9.100 8.900 8.700 8.500 8.300 8.100 7.900 V(v) 0 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 X(mm) 7.700 7.500 7.300 7.100 6.900 6.700 6.500 6.300 6.100 5.900 V(v) 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.18 0.19 X(mm) 5.700 5.500 5.300 5.100 4.900 4.700 V(v) 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.24 作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
实验14直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、实验目的： 了解直流激励时霍尔式传感器的特性。 二、基本原理： 根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势 会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。 三、需用器件与单元： 主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。按图14示意图接线（实验模板的输出Vo1接主机箱电压表Vin），将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到2V 档。 2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 3、以某个方向调节测微头2mm位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加记下一个读数，将读数填入表14。 表14 作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化 答：本人认为应该是实际的输入、输出与拟合的理想的直线的偏离程度的变化，当X不同的时候，实际的输出值与根据拟合直线得到的数值的偏离值是不相同的。
七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 实验数据如下： 表9－2 （1）由上图可知灵敏度为S=ΔV/ΔX=mm （2）由上图可得非线性误差： 当x=1mm时， Y=×1+= Δm== yFS= δf=Δm/yFS×100%=% 当x=3mm时: Y=×3+= Δm=Y-（）= yFS= δf=Δm/yFS×100%=% 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。答：（1）零位误差。零位误差由不等位电势所造成，产生不等位电势的主要原因是：两个霍尔电极没有安装在同一等位面上；材料不均匀造成电阻分布不均匀；控制电极接触不良，造成电流分布不均匀。补偿方法是加一不等位电势补偿电路。 （2）温度误差。因为半导体对温度很敏感，因而其霍尔系数、电阻率、霍尔电势的输入、输出电阻等均随温度有明显的变化，导致了霍尔元件产生温度误差。补偿方法是采用恒流源供电和输入回路并联电阻。 实验15 交流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、实验目的： 了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
《机械工程测试技术》实验指导书 实验一、霍尔传感器的直流激励特性 一、实验目的 加深对霍尔传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制霍尔传感器静态特性特性曲线，掌握数据处理方法。 二、实验原理 当保持元件的控制电流恒定时，元件的输出正比于磁感应强度。本实验仪为霍尔位移传感器。在极性相反、磁场强度相同的两个钢的气隙中放置一块霍尔片，当霍尔元件控制电流I不变时，Vh与B成正比。若磁场在一定范围内沿X方向的变化梯度dB/dX为一常数，则当霍尔元件沿X方向移动时dV/dX=RhXIXdB/dX=K，K为位移传感器输出灵敏度。霍尔电动势与位移量X成线性关系，霍尔电动势的极性，反映了霍尔元件位移的方向。 三、实验步骤 1.有关旋钮初始位置：差动放大器增益打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置±2V档。 2..RD、r为电桥单元中的直流平衡网络。 3.差动放大器调零，按图6－1接好线，装好测微头。 4.使霍尔片处于梯度磁场中间位置，调整RD使电压表指示为零。 5.上、下旋动测微头，以电压表指示为零的位置向上、向下能够移动5mm，从离开电压表指示为零向上5mm的位 置开始向下移动，建议每0.5mm读一数，记下电压表指示并填入下表 X(mm） V(v) X(mm)
6.用以上的位移和输出电压数据，绘出霍尔传感器静态特性的位移和输出电压特性V-X曲线, 指出线性范围。 7.将位移和输出电压数据分成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度 值。 实验可见：本实验测出的实际是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它们的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。 四、思考题 1.为什么霍尔元件位于磁钢中间位置时，霍尔电动势为0。 2.在直流激励中当位移量较大时，差动放大器的输出波形如何？
霍尔位移传感器的设计 学院（系）：电气信息工程学院 年级专业：电自09102 学号： 学生姓名：黄晶晶 摘要:霍尔传感器是基于霍效应而将被测量转化成电动势输出的一种传感器。霍尔元件已发展成一个品种多样的磁传感器产品簇，并且得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁有关的场合中使用。霍尔期间以霍尔效应为其工作原理。 本文主要研究霍尔位移传感器的设计。如图所示，被测物体分别与恒定电流I和恒定磁场B垂直。当被测物体相对于原来位置有微小位移变化时，会产生变化的磁通量，会在导体垂直于磁场和电流的两个端面之间产生电势差，即UH（霍尔电压）。本文主要研究微小位移与霍尔电压的关系来设计霍尔位移传感器。 关键字：霍尔传感器位移霍尔电压 霍尔效应原理图 正文： 一．霍尔传感器的工作原理 1、霍尔效应 如霍尔效应原理图所示，在半导体薄片两端通以恒定电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为UH=KHIBCOSA，
式中KH称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。I为所加的电流（一般为恒流源），B为均匀磁场，A为磁场与法线的夹角。EH为电场（图中所示） 2、霍尔元件 霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的焊上两对电极引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端），如下图所示。 霍尔元件结构 3、霍尔元件的主要特性及材料 1）霍尔元件的主要特性参数 灵敏度KH：表示元件在单位的磁感应强度和单位控制电流所得到的开路霍尔电动势 霍尔输入电阻：霍尔控制及间的电阻值 霍尔最大允许激励电流：以霍尔元件允许的最大温度为限所对应的激励电流 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。（不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻） 寄生直流电势（霍尔元件零位误差的一部分）： 当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效
实验三十霍尔传感器及其应用 霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应自1879年被发现至今已有100多年的历史，但直到本世纪50年代，由于微电子学的发展，才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国从70年代开始研究霍尔器件、经过30余年的研究和开发，目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如普通型、高灵敏度型、低温度系数型和开关式的霍尔元件。 由于霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特性，它已广泛应用于非电量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。 【预习提要】 （1）什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关？ （2）霍尔传感器用于测振幅和称重的原理是什么？ （3）设计待测量的数据记录表格。 【实验要求】 （1）了解霍尔式传感器的工作原理 （2）了解霍尔式传感器的直流激励特性和交流激励特性。 （3）了解霍尔式传感器在振动测量中的作用。 （4）学会多功能传感器中用霍尔式传感器称重的方法。 （5）练习用示波器观察波形和用作图法处理实验数据。 【实验目的】 了解霍尔式压力传感器的原理、结构及应用。 【实验器材】 霍尔式传感器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、音频振荡器、直流稳压电源、双线示波器、电压表、测微头、示波器、振动圆盘、砝码、 。【实验原理】 一、霍尔效应 如图1所示的金属或半导体薄片，若在它的两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那末．在垂直于电流和磁场的方向上(即霍尔输出端之间)将产生电势差U H，称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。
图1 霍耳效应示意图 图2 霍耳效应解释 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。假设，在N 型半导体薄片的控制电流端通以电流I ，那末，半导体中的载流子(电子)将沿着和电流相反的方向运动。若在垂直于半导体薄片平面的方向上加以磁场B ，则由于洛伦兹力f B 的作用，电子向一边偏转(见图2)，并使该边形成电子积累；而另一边则积累正电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场作用在运动电子上的力f E 与洛仑兹力f B 相等时，电子的积累便达到动态平衡。这时，在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔电场E ，相应的电势差就称为霍尔电压U H ，其大小可用下式表示： d IB R U H H = (V) (30~1) 式中；R H ——霍尔常数(m 3C -1)； I ——控制电流(A) B ——磁感应强度(T)； d ——霍尔元件的厚度(m)。 令 d R K H H = (30~2) 将(30—2)式代入(30—1)式，则得到 IB K U H H = (30—3) 由上式可知，霍尔电压的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 。K H 称为霍尔元件的灵敏度。它是表征在单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电压大小的一个重要参数。一般要求它越大越好。霍尔元件的灵敏度与元件材料的性质和几何尺寸有关。由于半导体(尤其是N 型半导体)的霍尔常数R H 要比金属的大得多，所以在实际应用中，一般都采用N 型半导体材料做霍尔元件.此外，元件的厚度d 对灵敏度的影响也很大，元件的厚度越薄，灵敏度就越高，所以霍尔元件的厚度一般都比较薄。 (30—3)式还说明，当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电压的方向也将改变。
霍尔传感器法测量简谐振动实验 [预习目的和要求] （1）阅读教材157页至159页，了解振动参量的测量方法。 （2）本实验是一新实验，仔细浏览以下材料。 （3）了解什么是霍尔传感器，和它的用途。 （4）了解数字式计时仪的使用方法。 集成霍尔传感器特性与简谐振动实验仪 一.概述 用焦利秤测量弹簧倔强系数及研究弹簧振子运动规律是高校理工科物理实验教学大纲中的一个重要实验。随着科学技术和教育事业的发展，教学仪器的创新也势在必行。本实验为新型焦利秤集成霍尔传感器特性与简谐振动实验仪。它将90年代新发展的集成开关和集成线性霍尔传感器用于弹簧振子振动周期的测量，通过实验掌握霍尔传感器的特性及在自动测量和自动控制中的作用。对原焦利秤的拉杆装置进行改进，采用端点加反射镜的游标尺直接读出弹簧的伸长量。仪器直观性强，装置牢靠，测量准确度高。集成霍尔传感器，电源，周期测量仪，数字表等采用分立部件，由学生自已接，有利于提高学生动手能力。传感器，电源等均有保护装置，不易损坏。因此，本仪器也是传统实验仪器采用现代化技术的典型实例。新型焦利秤不仅保留了经典实验内容和技能，又增加了现代测量技术和方法，新仪器可以激发学生学习兴趣，提高教学效果。 二.仪器外型 三. 用途
1.测量弹簧的倔强系数，研究弹簧振子运动规律。 2.测量集成开关型霍尔传感器的特性，掌握集成霍尔传感器的使用方法。 3.用本仪器提供集成开关型霍尔传感器及电源，计时仪可用于做测量马达转速，产品计数，液位控制，角度 测量等有关应用性实验。 霍尔传感器法测量简谐振动实验 随着科学技术的进步，测量方法也不断进步。70年代初，光电技术迅速发展，光敏传感器计时技术在工业和家用电器中得到大量应用。在物理教学实验中，出现了采用光电计时和测量周期的实验仪器，如气垫导轨，单摆，扭摆等实验装置，使时间或周期的测量更准确，学生也学到了一种新的测量方法。90年代初，集成霍尔传感器技术得到了迅猛发展。各种性能的集成霍尔传感器不断涌现，在工业，交通，通讯等领域的自动控制中得到大量应用。如磁感应强度测量，位移测量，周期和转速的测量，还有液位控制，流量测量，产品计数，车辆行程计量，角度测量等。本实验将学习集成开关型霍尔传感器的特性，并用该传感器测量弹簧振子的振动周期。实验要求用新型焦利秤测量弹簧的倔强系数，并用秒表和集成霍尔传感器两种方法测量弹簧作简谐振动的周期。还要求将位移法测得的倔强系数进行比较，从而掌握简谐振动的规律，以及磁敏器件测量振动周期的新方法。集成开关型霍尔传感器测量周期的优点是装置体积小，可靠性强，价格低廉，特别是它隔着介质(非磁介质)仍能工作，这一点光电传感器很难做到，因而它的应用前景更广泛。 1.原理 1.1 弹簧在外力作用下将产生形变(即伸长或缩短)。在弹性限度内，外力F和它的变形量 ?Y成正比，即 F=K?Y (1) 这就是胡克定律，比例系数K称为弹簧的倔强系数，其值与弹簧的形状，材料有关。若改变施加在某一弹簧上的外力，并测量相应的形变量，即可通过式(1)推算该弹簧的倔强系数K。 1.2质量为 M的物体系于一轻弹簧的自由端，并放置在光滑的水平台面上，而弹簧的另一端固定，这就构成 一个弹簧振子。若使物体在外力作用下(如用手拉)离开平衡位置少许，然后释放，则弹簧振子将在平衡点附近来回作简谐振动，其周期为: T＝2π M K(2) 实际上弹簧本身具有质量M0，它必对周期产生影响，故式(2)可修正为T=2π M pM K + (3)