霍爾傳感器實驗

實驗十七線性霍爾傳感器位移特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將被測量的磁場變化（或以磁場為媒體）轉(zhuǎn)換成電動勢輸出?；魻栃?yīng)是具有載流子的半導(dǎo)體同時處在電場和磁場中而產(chǎn)生電勢的一種現(xiàn)象。如圖17—1（帶正電的載流子）所示，把一塊寬為b，厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I,此時在板圖17—1霍爾效應(yīng)原理的橫向兩側(cè)面A,A之間就呈現(xiàn)出一定的電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（霍爾效應(yīng)可以用洛倫茲力來解釋），所產(chǎn)生的電勢差UH稱霍爾電壓。霍爾效應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：H式中：RH=-l/（ne）是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；Hkh=RH/d靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。具有上述霍爾效應(yīng)的元件稱為霍爾元件，霍爾元件大多采用N型半導(dǎo)體材料（金屬材料中自由電子濃度n很高，因此Rh很小，使輸出UH極小，不宜作霍爾元件），厚度d只有Wm左右?；魻杺鞲衅饔谢魻栐图苫魻杺鞲衅鲀煞N類型。集成霍爾傳感器是把霍爾元件、放大器等做在一個芯片上的集成電路型結(jié)構(gòu)，與霍爾元件相比，它具有微型化、靈敏度高、可靠性高、壽命長、功耗低、負(fù)載能力強(qiáng)以及使用方便等等優(yōu)點。本實驗采用的霍爾式位移（小位移1mm?2mm）傳感器是由線性霍爾元件、永久磁鋼組成，其它很多物理量如：力、壓力、機(jī)械振動等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測量?；魻柺轿灰苽鞲衅鞯墓ぷ髟砗蛯嶒炿娐吩砣鐖D17—2（a）、（b）所示。將磁場強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鋼同極性相對放置著，線性霍爾元件置于兩塊磁鋼間的中點，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，YrVW1sNNS差動放大器電壓表2(W)O--4V電橋平衡網(wǎng)絡(luò)4（Vo-）L霍爾位移傳感器YrVW1sNNS差動放大器電壓表2(W)O--4V電橋平衡網(wǎng)絡(luò)4（Vo-）L霍爾位移傳感器1俗）丿=IRw（a）工作原理（b）實驗電路原理圖17—2霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個位置為位移的零點，即X=0,因磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,故輸出電壓U=0。當(dāng)霍爾H元件沿X軸有位移時，由于BM0,則有一電壓U輸出，U經(jīng)差動放大器放大輸出為V。HHV與X有一一對應(yīng)的特性關(guān)系。＊注意：線性霍爾元件有四個引線端。涂黑二端是電源輸入激勵端，另外二端是輸出端。接線時，電源輸入激勵端與輸出端千萬不能顛倒，否則霍爾元件就損壞。三、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；霍爾傳感器實驗?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。四、 實驗步驟：1、 調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套的10mm刻度線。按圖17—3示意圖安裝、接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，±2V?±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到±4V檔。2、 檢查接線無誤后，開啟主機(jī)箱電源，松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套，使傳感器的PCB板（霍爾元件）處在兩園形磁鋼的中點位置（目測）時，擰緊緊固螺釘。3、測位移使用測微頭時，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實驗：順時針調(diào)節(jié)測微頭的微分筒3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點。以后，反方向（逆時針方向）調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），每隔△X=0.1mm（總位移可取3?4mm）從電壓表上讀出輸出電壓Vo值，將讀數(shù)填入表17（這樣可以消除測微頭的機(jī)械回差）。表17霍爾傳感器（直流激勵）位移實驗數(shù)據(jù)△X(mm)V(mV)4、根據(jù)表17數(shù)據(jù)作出V—X實驗曲線，分析曲線在不同測量范圍（±0.5mm、±1mm、±2mm）時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗十八線性霍爾傳感器交流激勵時的位移性能實驗一、 實驗?zāi)康模毫私饨涣骷顣r霍爾式傳感器的特性。二、 基本原理：交流激勵時霍爾式傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。三、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的土2V?±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；測微頭、霍爾傳感器、霍爾傳感器實驗?zāi)０?、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、雙蹤示波器。四、 實驗步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最小（幅度旋鈕逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底），將±2V?土10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±2V檔，再按圖18—1示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=1kHz，峰峰值Vp-p=5V（用示波器測量。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV在0.1mS?10M范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUT0；垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1V?5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1、CH2輸入對地短接時移動光跡線居中后再去測量波形。）。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕。關(guān)閉電源。

直涼穩(wěn)壓電源圖18—1相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖霍爾式傳感器〔測微頭安裝JL就套微分筒霍爾傳感器實驗?zāi)０逯睕龇€(wěn)壓電源圖18—1相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖霍爾式傳感器〔測微頭安裝JL就套微分筒霍爾傳感器實驗?zāi)０鍒D18—2交流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖2、 調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套的10mm刻度線。按圖18—2示意圖安裝、接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。3、 松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著傳感器的位移方向移動測微頭的安裝套（左右方向都可以），使傳感器的PCB板（霍爾元件）明顯偏離兩園形磁鋼的中點位置（目測）時,再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在50mV?IV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測）。再仔細(xì)移動測微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使傳感器的PCB板霍爾元件處在兩園形磁鋼的中點位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。再仔細(xì)交替地調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系碾娢黄鱎wi、RW2使示波器CH2顯示相敏檢波器輸出波形基本上趨為一直線并且電壓表顯示為零（示波器與電壓表二者兼顧，但以電壓表顯示零為準(zhǔn)）。4、測位移使用測微頭時，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實驗：順時針調(diào)節(jié)測微頭的微分筒3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點。以后，反方向（逆時針方向）調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），每隔△X=0.1mm（總位移可取3?4mm）從電壓表上讀出輸出電壓Vo值，將讀數(shù)填入表18（這樣可以消除測微頭的機(jī)械回差）。表18交流激勵時霍爾傳感器位移實驗數(shù)據(jù)△X(mm)V(mV)5、根據(jù)表18數(shù)據(jù)作出V—X實驗曲線，分析曲線在不同測量范圍（±0.5mm、±1mm、±2mm）時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：根據(jù)對實驗曲線的分析再與實驗十七比較，線性霍爾傳感器測靜態(tài)位移時采用什么激勵電源為好（直流或交流）？實驗十九開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗一、 實驗?zāi)康模毫私忾_關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。二、 基本原理：開關(guān)式霍爾傳感器是線性霍爾元件的輸出信號經(jīng)放大器放大，再經(jīng)施密特電路整形成矩形波（開關(guān)信號）輸出的傳感器。開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的原理框圖19—1所示。當(dāng)被測圓盤上裝上6只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化6次，開關(guān)式霍爾傳感器就同頻率f相應(yīng)變化輸出，再經(jīng)轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速n。

圖19—1開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速原理框圖三、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0?24V直流穩(wěn)壓電源、+5V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、頻率\轉(zhuǎn)速表；霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動源。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖19—2將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為2?3mm02、 將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源0?24V旋鈕調(diào)到最?。鏁r針方向轉(zhuǎn)到底）后接入電壓表（電壓表量程切換開關(guān)打到20V檔）；其它接線按圖19—2所示連接（注意霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的三根引線的序號）；將頻頻\轉(zhuǎn)速表的開關(guān)按到轉(zhuǎn)速檔。3、檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于12V范圍內(nèi)（電壓表監(jiān)測）調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源（調(diào)節(jié)電壓改變直流電機(jī)電樞電壓），觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況?；魻柤軕勲娂茴l率轉(zhuǎn)速磁鋼2轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源+5VCT-24V3mm.十電機(jī)rtrlrtrt<1eXj8JUsO的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源（調(diào)節(jié)電壓改變直流電機(jī)電樞電壓），觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況?；魻柤軕勲娂茴l率轉(zhuǎn)速磁鋼2轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源+5VCT-24V3mm.十電機(jī)rtrlrtrt<1eXj8JUsO電壓表游7S蘇]工作平臺升降桿升降支架霍爾轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)動源霍爾轉(zhuǎn)速傳感器o/F0丿誓'' LTij十轉(zhuǎn)盤圖19—2霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實驗安裝、接線示意圖4、從2V開始記錄每增加1V相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)（待電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)）；畫出電機(jī)的V-n（電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：利用開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速時被測對象要滿足什么條件？

實驗二十磁電式傳感器測轉(zhuǎn)速實驗一、實驗?zāi)康模毫私獯烹娛綔y量轉(zhuǎn)速的原理。二、基本原理：磁電傳感器是一種將被測物理量轉(zhuǎn)換成為感應(yīng)電勢的有源傳感器，也稱為電動式傳感器或感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一個匝數(shù)為N的線圈在磁場中切割磁力線時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈兩端就會產(chǎn)生出感應(yīng)電勢，線圈中感應(yīng)電勢：e=-勢：e=-N業(yè)dt。線圈感應(yīng)電勢的大小在線圈匝數(shù)一定的情況下與穿過該線圈的磁通變化率成正比。當(dāng)傳感器的線圈匝數(shù)和永久磁鋼選定（即磁場強(qiáng)度已定）后，使穿過線圈的磁通發(fā)生變化的方法通常有兩種：一種是讓線圈和磁力線作相對運動，即利用線圈切割磁力線而使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢；另一種則是把線圈和磁鋼部固定，靠銜鐵運動來改變磁路中的磁阻，從而改變通過線圈的磁通。因此，磁電式傳感器可分成兩大類型：動磁式及可動銜鐵式（即可變磁阻式）。本實驗應(yīng)用動磁式磁電傳感器，實驗原理框圖如圖20—1所示。當(dāng)轉(zhuǎn)動盤上嵌入6個磁鋼時，轉(zhuǎn)動盤每轉(zhuǎn)一周磁電傳感器感應(yīng)電勢e產(chǎn)生6次的變化，感應(yīng)電勢e通過放大、整形由頻率表顯示f,轉(zhuǎn)速n=10f。帝磁體大、整形由頻率表顯示f,轉(zhuǎn)速n=10f。帝磁體轉(zhuǎn)動盤農(nóng)竺磁電傳感器P.放大整形f_TL”轉(zhuǎn)速n=iO￡轉(zhuǎn)速袤三、圖20—1磁電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗原理框圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0?24V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、頻頻\轉(zhuǎn)速表；磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動源。四、實驗步驟：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實驗除了傳感器不用