实验05(霍尔式传感器)实验报告

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O

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，这种物理现彖称为霍尔效应。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UH=KKIB,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U k X =

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，输岀线性度就越好。

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、

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 o

表9— 1 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Rwl使数显表指示为零。

X (mm)

V (mv)

作岀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。

实验二集成温度传感器的特性

一、 实验目的：

第 1 页 共 3 页 电子信息工程学系实验报告

课程名称：传感器与检测技术

实验项目名称：实验（五） 霍尔式传感器的特性 时间：2011.10.21

班级：测控91 姓名：陈云 学号：910707153

实 验 目 的:

了解霍尔式传感器的原理与特性。

实 验 环 境:

CSY-910型传感器实验仪：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。

实 验 内 容 及 过 程:

1、实验原理

霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。

2、旋钮初始位置

差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。

3、实验步骤

(1)了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。

霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。

(2)开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源。

根据图接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。

(3)装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

(4)根据图接线，开启主、副电源，差动放大器增益调至较小位置，调整W1使F/V表指示为零。

(5)旋转测微头，记下振动台的位移和F/V的读数 成 绩：

指导教师（签名）：

第 2 页 共 3 页 建议每0.5mm读一个数，将读数填入下表：

X(mm)

V(V)

X(mm)

1 实验五 霍尔传感器位移特性实验 （共2页） （一）直流激励时位移特性实验

一、实验目的： 了解霍尔传感器的原理与应用。 二、实验仪器： 霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、直流电源、数显电压表。 三、实验原理： 根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，其中KH为灵敏度系数，由霍尔材料的物理性质决定，当通过霍尔组件的电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位移测量。 四、实验内容与步骤 1．按图5-1接线。

图5-1 霍尔传感器直流激励接线图

2．开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“1cm”处，

手动调节测微头的位置，先使霍尔片大概在磁钢的中间位置（数显表大致为0），固定测微头，再调节Rw1使数显表显示为零。 3．分别向左、右不同方向旋动测微头，每隔0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，

将读数填入下表5-1及5-2。 表5-1（左）

X（mm）

U(mV) 表5-2（右）

X（mm）

U(mV) 五、实验报告 1．作出U－X曲线，计算灵敏度。 2．何为霍尔效应？制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？ 2 （二） 交流激励时位移特性实验

一、实验目的： 了解交流激励时霍尔传感器的特性 二、实验仪器： 霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、直流电源、数显电压表。 三、实验原理： 交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。 四、实验内容与步骤： 1．接线如下图5-2。

图5-2 2．调节振荡器的音频调频和音频调幅旋钮，使音频振荡器的“00”输出端输出频率为1K，Vp-p=4V的正弦波（注意：峰峰值不应过大，否则烧毁霍尔组件）。 3．开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“10mm”处，

手动调节测微头的位置，使霍尔片大概在磁钢的中间位置（数显表大致为0），固定测微头，再调节Rw1使数显表为零。 4．分别向左、右不同方向旋动测微头，每隔0.2mm记一个读数，直到读数近似不变，

在自动测控系统中,常需要测量和显示有关电参量。目前大多数测量系统仍采用变压器式电压、电流互感器,由于互感器的非理想性,使得变比和相位测量都存在较大的误差,常需要采用硬件或软件的方法补偿,从而增加了系统的复杂性。

采用霍尔检测技术,可以克服互感器这些缺点,能测量从直流到上百千赫兹的各种形状的交流信号,并且达到原副边不失真传递,同时又能实现主电路回路和电子控制电路的隔离,霍尔传感器的输出可直接与单片机接口。

因此霍尔传感器已广泛应用于微机测控系统及智能仪表中,是替代互感器的新一代产品。在此提出了利用霍尔传感器对电参量特别是对高电压、大电流的参数的测量。

l测量原理

1霍尔效应原理

如图1所示,一个N型半导体薄片,长度为L,宽度为S,厚度为d,在垂直于该半导体薄片平面的方向上,施加磁感应强度为B的磁场,若在长度方向通以电流Ic则运动电荷受到洛伦兹力的作用,正负电荷将分别沿垂直于磁场和电流的方向向导体两端移动,并*在导体两端形成一个稳定的电动势UH,这就是霍尔电动势(或称之为霍尔电压),这种现象称为霍尔效应。霍尔电压的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R为霍尔常数；KH为霍尔元件的乘积灵敏度。

2用霍尔传感器测量电参量的原理

由霍尔电压公式可知：对于一个成型的霍尔传感器,乘积灵敏度KH是一恒定值,则UH∝ICB,只要通过测量电路测出UH的大小,在B和IC两个参数中,已知一个,就可求出另一个,因而任何可转换成B或J的未知量均可利用霍尔元件来测量,任何转换成B和I乘积的未知量亦可进行测量。电参量的测量就是根据这一原理实现的。 若控制电流IC为常数，磁感应强度B与被测电流成正比，就可以做成霍尔电流传感器测电流，若磁感应强度B为常数，IC与被测电压成正比，可制成电压传感器测电压，利用霍尔电压、电流传感器可测交流电的功率因数、电功率和交流电的频率。

由UH=KICB可知：若IC为直流，产生磁场B的电流IO为交流时，UH为交流；若IO亦为直流，则输出也为直流。当IC为交流，IO亦为直流时，输出与IC同频率的交流且其幅值与被测直流IO大小成正比，改变被测电流IO的方向，输出电压UH极性随之改变。故利用霍尔传感器，既可对直流量进行测量，亦可对交流量进行测量。