霍尔传感器开放型实验报告.docx
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霍尔传感器开放型实验报告
开放型实验报告
实验名称：
霍尔传感器综合应用
学院：
专业：
班级学号：
学生姓名：
实验日期：
评分：
教师签名：
1实验目的
（1）了解霍尔效应原理及其在电量、非电量测量中的应用概况；
（2）熟悉霍尔传感器的工作原理及其性能；
（3）掌握开关型霍尔传感器测量电机转速的方法；
（4）掌握线性霍尔传感器测量大电流的方法。
2文献综述
2.1霍尔传感器的介绍
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁敏传感器。
通俗的说就是一种能将磁信号转换为电信号的输入换能器，它的用途很广,是一种很有前途的器件。
我国生产的sL300o系列集成开关式霍尔效应传感器是目前国际上较为先进的一种开关式磁敏器件,是无触点、无磨议的较理想的磁电转换器件，如图1所示。
此外，还有线性型霍尔传感器，它由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量，如图二所示。
a）结构b）符号
图1开关型霍尔传感器
a）结构b）符号c）外形
图2线性型霍尔传感器
2.1.1霍尔传感器的大电流检测方法
电流检测有很多方法：
如电流表直接测量法、电流-电压转换法（包括取样电阻法、反馈电阻法）、电流-频率转换法、电流-磁场转换法、电流互感器法等。
电流表直接测量法对于串入电流表不方便或没有适当量程的电流表的情况，是行不通的。
在电流-电压转换法中取样电阻法比较适合于测量较大的电流，而反馈电阻法比较适合测量小电流，但是同电流表直接测量法一样，需要截断电流回路。
2.1.2霍尔传感器的性能指标
霍尔传感器需要满足特定的性能指标，如灵敏度，分辨率等。
在开关和距离探测应用中需要的磁场强度在5到100mT之间，然而在存储应用中需要的磁场强度仅在10UT到10MT之间。
1A的直流导线表面就能产生约100UT的磁场。
根据应用的不同，来确定霍尔传感器的性能参数，进而选择合适的霍尔传感技术。
例如高密度二进制磁性存储就要求高的空间分辨率，线性磁性探测就不需要这样。
选择霍尔传感器的主要指标如下：
（1）技术可能性评估
（2）制造成本
（3）应用环境
（4）霍尔传感器的几何形状
（5）灵敏度，输出信号参数
（6）信噪比，磁场分辨率
（7）线性度等等
2.1.3霍尔传感器的国内外发展状况
霍尔传感器具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性传感器的精度高、线性度好；霍尔开关传感器无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。
其中取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围可以很宽，可达－55℃～150℃。
基于上述优点霍尔传感器产业发展应用大致分为直接应用和间接应用。
前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，其中最具特色的当推是霍尔电流、电压类传感器变送器，它们已成为当今电子测量领域中应用最多的传感器件之一，是测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器，是一种新型的高性能电气隔离检测元件，被广泛用于电力、电子、交流变频调速、逆变装置、电子测量和开关电源等诸多领域以及逆变焊机，发电及输变电设备，电气传动，数控机床等工业产品上，它正在逐步替代传统的互感器和分流器，并具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路能量等优点。
后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。
其中诸如常见的在无刷电机、无损探伤，接近开关，齿轮转速传感器，角度传感器以及微位移（压力、振动、加速度、液位）传感器等新兴产业的应用发展。
从事霍尔传感器产业领域的厂家基地就如雨后春笋般的不断涌现，这方面的人才抢夺竞争更是白热化。
就如霍尔电流电压传感器为例，华北有北京莱姆—北京森社（原北京701厂）—烟台华冠—河北保定。
东南有南京中旭科技和株洲宁波分所，华南有成都晶峰与河源雅达等，当然还有武汉华意，南京茶花、托肯，珠海澳特尔，深圳北疆等近几年实力也越来越强，不容忽视。
以上这些厂家规模或大或小，技术力量或强或弱，有的曾经还是一脉相承，大家产品或多或少存在着某种相同，又各有各的特点，因而大家在应用领域的市场竞争日益激烈。
另外以霍尔技术为核心的智能电量传感器也已经形成产业链，四川维博—西安天立—深圳圣斯尔等，他们的产品多为电流电压传感器变送器数字电路处理，这必将成为霍尔传感器在工业电量测控应用领域的新型发展应用。
国际上的霍尔传感器产业发展以其智能化、集成化见长，它们正在逐渐的进入我国的市场，实际上在很多集约化领域，已随处可见它们的身影。
这些大公司的产品具有很大的竞争实力，对国内的霍尔传感器厂家来说无疑是一种强力冲击。
3实验原理
3.1光电传感器测转速实验
光电传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部两侧分别装有光电管和发光管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理有频率表显示F，即可得到转速n=F/6.实验原理图如下图所示：
3.2开关式霍尔传感器测转速实验
利用霍尔效应表达式：
Uh=KIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
3.3线性式霍尔传感器位移特性实验
在半导体薄片两端通以控制电流、并在薄片的垂直方向施加磁场强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH（称为霍尔电势或霍尔电压。
这种现象称为霍尔效应。
本实验用的霍尔传感器位移传感器是由线性霍尔元件、两只半圆形永久磁钢组成，其工作原理和实验电路图如下图所示：
4实验内容及结果分析
4.1实验内容
4.1.1光电传感器测转速实验
1.采用CSY-998G型实验仪，将0～15V直流电源接到电机上，并接上电压表，用于监测加在电机上的电源。
加在电机上的电压不要超过12V。
2.选用CSY-998G型实验仪面板上的“光电转速实验”模块，按面板上的电路图接线。
Vo接数字示波器。
3.检查接线，确认无误后，通电。
注意：
加在电机上的电压不要超过12V。
调节直流电源输出电压，读取不同电压时数字示波器上的频率，即光电传感器的输出频率，计算电机转速。
4.1.2开关式霍尔传感器测转速实验
1.根据下图将霍尔转速传感器安装于霍尔架上（红线接+5V，黑线接地，黄线输出信号线接频率计，转速表或数字示波器）
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0~24V旋钮调到最小后接入电压表，监测大约为0V左右，然后关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器，转动电源接到主机箱中。
3.合上主机箱电源开关，在小于12V范围内，调节电源，观察电机转动及转速表的显示情况。
从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据。
实验完毕，关闭电源。
4.1.3线性式霍尔传感器位移特性实验
4.1.4线性霍尔传感器测大电流
线性霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性关系。
电流表直接测量法对于串入电流表不方便或没有适当量程的电流表的情况，是行不通的。
在电流-电压转换法中取样电阻法比较适合于测量较大的电流，而反馈电阻法比较适合测量小电流，但是同电流表直接测量法一样，需要截断电流回路。
4.2结果及分析
4.2.1光电传感器测转速实验
原始数据：
Vo
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
F
133
142.9
158
166.7
178.6
188.7
200
212.8
227
232.6
N
22.1
23.8
26.3
27.7
29.8
31.45
33.3
35.5
37.8
38.8
波形图：
结果分析：
随着电压V的升高，频率F变大，转速N=F/6越快。
4.2.2开关式霍尔传感器测转速实验
原始数据：
V
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.
N
21.42
23.99
25.56
27.78
29.73
31.25
33.33
35.21
37.21
39.06
波形：
结果及分析：
六分频输入，直接得出转速，数据规律与前者一样。
4.2.3线性式霍尔传感器位移特性实验
原始数据：
X
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
V
-0.72
-0.63
-0.54
-0.47
-0.4
-0.32
-0.23
-014
-0.07
-0.02
0.01
X
10.5
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
V
0.03
0.05
0.07
0.08
0.08
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
图—曲线图
结果分析：
从图中可以看出，在位移5~13mm之间，电压V随位移X的增加而近似呈现出线性变化，之后趋于饱和平稳。
4.2.4线性霍尔传感器测大电流
原始数据：
Ｖ
５３．９
５０．１
５１．７
４４．５
３０．９
２６
１５．４
Ｉ
２８．１
１２４．３
７７．４
１５３
１５３．２
１５３．３
１５３．４
坐标图：
图――Ｖ－Ｉ坐标图
结果分析：
从图中可以看出，在电压较低时，电流趋于饱和，而较高时，电压和电流呈现出近似的线性关系。
5总结
本次霍尔传感器综合实验，在陈老师的指导下，基本达到了预期目标，但中间也遇到一些疑惑，仔细分析检查后就OK了。
通过这次综合实验我进一步的了解了各传感器的工作原理、工作特性、适用范围和优缺点，通过用各种传感器测电机转速和位移特性，把课堂上所学的理论知识真正的与实际运用相结合，让我们更加理解了理论知识，也能把理论知识运用到现实中用以解决实际问题。
同时提高了数据处理与分析的能力，能把多而复杂的实验数据通过拟合、分析、处理从而得到较为准确的实验结果。
另外，我们了解了传感器实验仪的原理，并通过实验知道了传感器的作用，提高了看图接线，分析电路图，以及动手操作能力。
总的来说，这次实验我受益匪浅。
参考文献
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