直流激励时霍尔式传感器位移特性实验.
直流激励霍尔传感器实验报告
9.5 0.113079
ΔLmax
yFS
δL
10.5 -0.134341 11 -0.099551 11.5 0.045239 12 0.04281 12.5 -0.005335 13 -0.03348 13.5 -0.021625 14 0.00023 14.5 0.042085
1.8 11.5
44.3 7.2
61.9 5.1
62.2 3.9
61.1 2.5
59.3 1.8
54.8 1.3
X/mm
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
V/mv
正行程 反行程
38.4 0.3
25.3 0.1
-2.1 -3.2
-54.8 -134.2 -60 -140
-247 -260
-412 -470
-0.22008 3.5722 -6.161%
0.5 -0.029736 1 -0.028031
1.5 -0.024126 2 -0.019321
2.5 -0.014716 3 -0.009411
3.5 -0.003906 4 0.001299
4.5 0.007204 最大偏差
满量程输出 非线性误差
=
������‘(������)
由公式可看出它就是输出—输入特性曲线的斜率，在这里用理论拟合直线的
斜率代替，因此可得到三个灵敏度
k1=12.01mv/mm
k2=789.58 mv/mm
5、迟滞误差
k3=83.71 mv/mm
迟滞指正反行程中输出—输入特性曲线的不重合程度，用最大输出差值
霍尔式传感器的特性
霍尔式传感器的特性—直流激励一、实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势Vh=KhIB，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、所需单元及部件：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。
四、有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档主、副电源关闭。
五、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，增益置最小，关闭主电源，根据图1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）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
（5）上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入表中：X(mm) 7.500 7.600 7.700 7.800V(v) 0.000 0.020 0.039 0.059X(mm) 7.900 8.000 8.100 8.200V(v) 0.079 0.101 0.123 0.164作出V-X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
（6）实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
六、实验结果与分析:V-X曲线如下：由以上曲线看出线性范围为：7.500mm---8.00mm灵敏度：在线性范围内取两点A（7.55,0.010）B（7.95,0.085）灵敏度S=（0.085-0.010）/（7.95-7.55）=0.188V/mm七、实验心得：通过做这个实验，对霍尔传感器有了初步的了解，试着将理论应用与实践中，在实验中加深对理论的理解。
实验三 霍耳式传感器的特性
实验三霍耳式传感器的特性—直流激励实验（1）霍尔式传感器的直流激励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。
二、实验原理：霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。
当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。
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。
三、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。
图（17）四、实验步骤：1．按图（17）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。
差动放大器增益适度。
开启电源，调节电桥W D，使差放输出为零。
上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。
2．上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值。
并记入下表，作出V－X曲线，求出灵敏度及线性。
五、注意事项：直流激励电压须严格限定在2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。
实验（2）霍尔传感器的应用―电子秤一、实验目的：说明线性霍尔传感器的实际应用。
二、实验所需部件：霍尔式传感器、直流稳压电源、差动放大器、振动圆盘、砝码、电桥、电压表。
三、实验步骤：1．移开测微头，按实验（1）直流激励接好系统，使输出为零。
系统灵敏度尽量大（输出以不饱和为标准）。
2．以振动圆盘作为称重平台，逐步放上砝码，依次记下表头读数，填入下图，并做出V－W曲线。
3．移走称重砝码，在平台上另放置一未知重量之物品，根据表头读数从V－W曲线中求得其重量。
四、注意事项：1．霍尔式传感器在做称重时只能工作在梯度磁场中，所以砝码和被称重物都不应太重。
2．砝码应置于平台的中间部分，避免平台倾斜。
实验 线性霍尔式传感器位移特性实验
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 dIB ＝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，(a)工作原理(b)实验电路原理图28—2霍尔式位移传感器工作原理图设这个位置为位移的零点，即Ｘ＝０，因磁感应强度Ｂ＝０，故输出电压U H＝０。
检测技术实验
实验五压电式、霍尔式传感器（二）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。
图5-2 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5-3 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。
表5-1X(mm) -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5V(v) -0.15 -0.088 -0.045 -0.014 0 0.015 0.044 0.055 0.066 0.078 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。
灵敏度s=0.0158非线性误差f=0.0017五、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？答: 霍尔元件位移的线性度实际上反映的是磁场大小的变化。
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。
答:首先，由1、3端给霍尔元件提供4V电源,经过滑动变阻器R w1;然后，2、4端接入输入信号，经IC放大后输出电压，输出显示。
实验六光电与光纤传感器（一）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。
讲义-霍尔式传感器的直流激励静态位移特性
实验二十一 霍尔式传感器的特性实验目的： 了解霍尔式传感器的原理与特性。
实验原理：霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
H V 称为霍尔电压。
实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与霍尔样品的厚度d 成反比。
X(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即d IBR V HH = (1)或 IB K V H H = (2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。
产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为 j eVB B V e B V q F m-=⨯-=⨯= (3)式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。
e 为电子的电荷量。
m F 指向Y 轴的负方向。
实验九 霍尔式传感器-直流激励特性
实验九霍尔式传感器－直流激励特性
一、实验原理
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件，当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。
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。
二、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W D，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1.4mm，每变化0.2mm 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。
三、注意事项
1、直流激励电压只能是2V，不能接±2V(绝对值4V)否则锑化铟霍尔元件会烧坏。
2、注意，使用时要尽可能让霍尔元件与磁场垂直，以减小实验误差。
四、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？。
霍尔传感器的直流激励特性实验
霍尔传感器的直流激励特性实验一、实验目的：了解霍尔传感器的直流激励特性。
二、实验内容：给霍尔传感器通以直流电源，经差动放大器放大，当测微头随振动台上、下移动时，就有霍尔电势输出，从而可以测出霍尔传感器在直流激励下的输出特性。
三、实验原理：由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件（霍尔片）通过底座连接在振动台上。
当霍尔片通以恒定电流时，将输出霍尔电势。
改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上下移动，霍尔电势V值大小与其在磁场中的位移量X有关。
四、实验要求1、按图1接线，插接线插接要牢靠。
2、直流激励电压为土2V，不能任意加大，否则将损坏霍尔片。
五、实验装置：1 .传感器系统实验仪CSY型1台2 .通用示波器COS5020B 1台3 .系统微机1台4 .消耗材料：霍尔片传用）1个插接线传用）10根图1 霍尔传感器实验接线图六、实验步骤：1 •按图1接线，使霍尔片位于梯度磁场中间位置，差放调零。
2 .上、下移动振动台并调节差放增益与电桥WD电位器，使得电压表双向指示基本对称且趋近最大。
3 •将测微头与振动台吸合，并调节霍尔片使之处于梯度磁场的中间位置。
4 .用测微头驱动霍尔片输入位移量X,每次变化0.5mm ,量程为：-3mm •- +3mm ,读取相应的输出电压值，填入表中。
七、实验数据及处理：1•整理实验数据，作出V-X曲线,求出灵敏度及线性区2 •给出位移测量系统的适宜量程V-X曲线见下图丈验吕环i ii ■'尔心J .- !A^Sh T H 荒激蹄j 忤QD29 U tih 1 4M 2.1072m ”阳 4.010 £⑹ / 21S -1孙5 ・2(M -2 M -J545 OOM 0000 Cl CUD Li« H' l n ■•:Xi G(M» 0000抑t 兮T戳中枢1Ek 起绘(VJ ia 十洪. 1 4 01$ 2 3超D334 OJM7 02.137G J34 0.042 0(X23 2 0 000 0 000 PQOO DGOC0000QOW OCOO 30 000 0 000 OQQO DOW oom 0000 0 000 OoOO 4goDO□ 0000*000ocmowoGOODCOCK)oeoo1. 计算灵敏度： S=0.587V/mm则拟合直线方程为：V=0.857X+0.334由图像得，当 X 在(-1.00 , 3.00 )之间时，图像具有线性。
实验二 霍尔式传感器的直流激励特性
实验二霍尔式传感器的直流激励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会霍尔式传感器做静态位移测试。
二、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。
当霍尔元件通以恒定电流时,霍尔元件就有电势输出。
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。
三、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。
四、实验步骤:1．按图(17）接线,装上测微头,调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。
开启电源，调解微测头和电桥W D,使输出差放为零。
上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。
2．上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值。
并记入下表，作出V-X曲线，求出灵敏度及线性.X(mm)(—）0 -0。
500 -1.000 —1。
500 —2。
000 -2。
500 —3.000 -3.500V 0.01 2。
80 5。
28 7.66 9。
93 10.21 10.22 10.22X(mm)(+）0。
500 1.000 1.500 2.000 2。
500 3.000 3。
500V —2.33 —4.82 —7。
19 —9.93 -10.80 -11。
13 —11.13五、注意事项：直流激励电压必须严格限定在±2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。
六、V—X曲线、求灵敏度及线性：线性：由图可以看出坐标（-2,10.10）到坐标(2，—10.00)为线性的线性方程为:V=kX+b ，又知b=0。
01，带入坐标得最终方程为：V=-5.025X+0。
01灵敏度：K=-5.025。
实验7 霍尔式传感器的特性-直流激励
电子信息工程系实验报告课程名称：传感与检测实验项目名称：实验7 霍尔式传感器的特性-直流激励 实验时间：2012-6-11班级：电信092 姓名：XXX 学号：910706201实 验 目 的:了解霍尔式传感器的原理与特性。
实 验 环 境: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 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。
有关旋钮初始位置：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。
实 验 步 骤 及 结 果：(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)开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
(5)上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.2mm 读一个数，将读数填入下表： X(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 V(mV) -1.592 -1.428 -1.266 -1.093 -0.939 -0.776 -0.617 -0.467 -0.306 -0.163 -0.001 X(mm) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 V(mV)0.1530.3010.4710.6240.7910.9531.1211.3031.4751.665使用Matlab 软件，根据表格中V 与X 间的关系，作出V —X 曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
实验十四--直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
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。
表5-1X(mm) 9.700 9.509.309.100 8.900 8.700 8.500 8.300 8.100 7.900V(v) 0 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08X(mm) 7.700 7.507.307.100 6.900 6.700 6.500 6.300 6.100 5.900V(v) 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.18 0.19X(mm) 5.700 5.505.305.100 4.900 4.700V(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。
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直流激励时霍尔式传感器的位移特性试验
3
实验实训要求
■必修□选修□其他
实验实训指导教师
朱良学
考核方法
实验数据的正确记录及实训报告
项目建立时间
2014年9月
实验实训教材或指导书
■有□无
教材或指导书名称及版本
传感器实训指导书
实验实训内容
简介
（目的、要求、
内容）
训练目的：
掌握霍尔式传感器测量位移的原理和方法
场地要求及安全要求：
1.保持干净干燥
酒泉职业技术学院实验实训项目卡
系（部）机电工程系实验实训室传感器技术实训室指导教师：朱良学№.6
实验实训项目名称
直流激励时霍尔式传感器的位移特性试验
性
质
□基础课
□专业基础课
■专业课
类
别
■验证性
□设计性
□综合性
实验（实训）时数
2
所属课程
信息检测与控制
同时实验（实训）组数
8
面向专业
电气自动化；电子信息；应用电子
2.正确接线
3.安全用电
教学组织及内容：
1．将霍尔传感器安装固定在静态支架上，并固定好测微头。
2．完成霍尔传感器以及实验模块的接线。
3．实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1使电压表指示为零，若无法调零则交换放大器两端输入接线。
4．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。
主要实验
实训设备
名称
型号规格
数量
名称
型号规格
数量
霍尔传感器实验模块
8
测微头
大作业实验五报告
大作业霍尔式传感器实验：、掌握敏感〔传感〕元件的转换原理、型号、使用方法，表达辅助部分的设计和工作原理。
了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
了解霍尔式传感器原理与应用，了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
、了解和掌握转换后信号的处理原理和方法。
5.2实验元件和设备：（一）直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验材料：5号霍尔式传感器实验模块、直流源±5V、测微头、0-2V数显单元。
（二）交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验材料：5号霍尔式传感器实验模块、直流源±15V、测微头、0-2V数显单元、13号移相、相敏、低通滤波实验模块、双线示波器。
5.3实验内容：5.3.1、利用网络或图书馆等，首先掌握敏感〔传感〕元件的转换原理、型号、使用方法、以及信价比等，整理成不少于3000字的说明书。
一、霍尔传感器的工作原理1、霍尔效应如下列图所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子外表垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1 中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879 年发现的。
VH 称为霍尔电压。
2、霍尔传感器测量位移的工作原理根据霍尔效应，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U H=kx，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。
二、霍尔器件1、什么是霍尔传感器？霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器 ，它可以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力等工业过程参数，目前，霍尔传感器以从分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。
霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。
霍尔位移传感器直流激励特性研究
霍尔位移传感器直流激励特性研究【摘要】本试验通过设计电路研究直流激励时霍尔位移传感器位移与电压值函数关系。
【关键词】霍尔位移传感器直流激励引言：利用传感器测试微小位移量有多种方法，本试验利用霍尔元件设计放大电路研究直流激励时霍尔式位移传感器其位移量与输出电压的定量关系，相比于同类实验其优点是电路设计简单，准确度较高，电路元器件价格较低。
1.试验原理根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，而UH正比于位移量X，这样就可以利用UH的变化进行位移量X的测量。
设计实现以上原理的试验电路如下试验电路主要由主机箱（稳压电源、电压表）、传感器试验台（霍尔式位移传感器、振动盘、测微杆）、应变/平衡网络/温度模块、仪表放大器模块等组成。
2.试验数据3.试验结论将实验数据进行线性拟合其通过拟合出来的直线关系为U= 2.5025X + 0.0213.3.1 计算其灵敏度S [2]：灵敏度定义为测量元件的输出u相对于其输入x的变化率，故而全桥电路中金属箔应变片的灵敏度为：S=du/dx ，而由绘制的曲线可知S= 2.5025，近似为一个常数。
霍尔式位移传感器位移量与输出电压的特性曲线图3.2 计算其非线性误差δ[3]：由上面计算可得U=SX，U= 2.5025X+0.0213≈2.5*X 于是计算可得：U（0）=0V，U（1.0）=2.5V，U（2.0）=5.0V，U（3.0）=7.5V，U（4.0）=10.0V由此可得在各处的非线性误差为：E（0）=0.000V，E（1.0）=-0.01V，E（2.0）=0.01V，E（3.0）=0.06V，E（4.0）=0.03V由上面的非线性误差计算可以得出如下结论：在越远离平衡点（0.0mm）处的非线性误差越大，测量结果的非线性越明显，测量结果也就越不准确。
参考文献[1] 刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用.北京：1998年1月版；15-23.[2] 袁长坤.物理量测量.北京：2004年1月第一版；59-65和213-215.[3] 陈世涛.大学物理实验教程.四川：2011年2月第一版；4-19.。
实验二霍尔式传感器的直流激励特性
实验二霍尔式传感器的直流激励特性
一、实验目的：
了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会霍尔式传感器做静态位移测试。
二、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。
当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。
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。
三、实验所需部件：
直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。
差放电压表
-2V
图⑴）
四、实验步骤：
1 •按图（17）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。
开启电
源，调解微测头和电桥W D,使输出差放为零。
上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。
2 .上、下移动测微头各 3.5mm,每变化0.5mm读取相应的电压值。
并记入下表，作出V-X曲线，求出灵敏度及线性。
五、注意事项:
直流激励电压必须严格限定在土2V,绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。
六、V-X曲线、求灵敏度及线性:
线性：由图可以看出坐标（-2,）到坐标（2,）为线性的线性方程为：V=kX+b ,又知b=,带入坐标得最终方程为:
V=+
灵敏度：K=。
实验四 霍尔式传感器的直流激励特性
实验四霍尔式传感器的直流激励特性
一、实验目的:了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、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，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。
三、所需部件: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。
四、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。
五、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5接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
图5
(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) 开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
(5) 上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm读一个数，将
置于初始位置。
讲义-霍尔式传感器的直流激励静态位移特性
实验二十一 霍尔式传感器的特性实验目的： 了解霍尔式传感器的原理与特性。
实验原理：霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
H V 称为霍尔电压。
实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与霍尔样品的厚度d 成反比。
X(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即d IBR V HH = (1)或 IB K V H H = (2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。
产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为 j eVB B V e B V q F m-=⨯-=⨯= (3)式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。
e 为电子的电荷量。
m F 指向Y 轴的负方向。
直流激励下霍尔传感器的位移特性实验实验一
《传感器技术原理与应用》实验报告实验一直流激励下霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的：掌握霍尔传感器的特性与应用答：霍尔传感器是根据霍尔元件的电磁特性（控制电流与输出之间的关系，霍尔输出与磁场之间的关系）输出电压与控制电流之间呈线性关系，直线的斜率称为控制电流灵敏度。
固定控制电流，元件的开路霍尔输出随磁场的增加呈线性关系。
二、基本原理在半导体薄片两端通以控制电流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HU的霍尔电势，这种现象为霍尔效应。
根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。
假设在N型半导体薄片上通以电流I，则半导体中载流子将沿着和电流相反的方向运动，若在垂直于薄片平面的方向加以磁场B，则在洛伦兹力evBf=L(e为电子电量，v为电子速，B为磁场强度)作用下，电子向一边偏转，并使该边电子形成积累，则在另一边积累正电荷，于是产生电场，该电场使电子继续偏转，当电场作用在电子的力leUf H/E=与洛伦兹力L f相等的时候，电子的积累达到动态平衡。
此时，在薄片两横端面间建立的电场为霍尔电场HE，相应的电势为霍尔电势HU，大小为RU HIB/dH=R--霍尔常数；HI--控制电流；B--磁场强度；d--霍尔元件的厚度；令dK成为霍尔元件的灵敏度)；则K/HRH=(HU HIBKH=。
三、实验结果记录第一组数据第二组数据第三组数据刻度/mm电压/V刻度/mm电压/V刻度/mm电压/V12.15 0.001 12.45 0.007 12.52 -0.00712.65 -0.525 11.95 0.520 13.02 -0.49813.15 -0.953 11.45 1.083 13.52 -0.98813.65 -1.399 10.95 1.668 14.02 -1.47614.15 -1.754 10.45 2.22 14.52 -1.93214.65 -2.00 9.95 2.70 15.02 -2.3415.15 -2.14 9.45 2.94 15.52 -2.6615.65 -2.23 8.95 3.03 16.02 -2.7716.15 -2.28 8.45 3.03 16.52 -2.7816.65 -2.32 8.95 3.04 16.02 -2.8017.15 -2.35 9.45 2.96 15.52 -2.67 17.65 -2.35 9.95 2.76 15.02 -2.36 17.15 -2.35 10.45 2.33 14.52 -1.92 16.65 -2.32 10.95 1.78 14.02 -1.54 16.15 -2.29 11.45 1.151 13.52 -1.058 15.65 -2.33 11.95 0.592 13.02 -0.544 15.15 -2.14 12.45 0.078 12.52 -0.030 14.65 -2.03 12.95 -0.410 12.02 0.501 14.15 -1.825 13.45 -0.895 11.52 1.081 13.65 -1.062 13.95 -1.396 11.02 1.702 13.15 -0.712 14.45 -1.896 10.52 2.31 12.65 -0.299 14.95 -2.33 10.02 2.79 12.15 0.175 15.45 -2.61 9.52 3.05 11.65 0.672 15.95 -2.71 9.02 3.13 11.15 1.154 16.45 -2.75 8.52 3.11 10.65 1.633 15.95 -2.57 9.02 3.08 10.15 2.03 15.45 -2.43 9.52 3.00 9.65 2.36 14.95 -2.17 10.02 2.71 9.15 2.54 14.45 -1.828 10.52 2.28 8.65 2.63 13.95 -1.431 11.02 1.66 8.15 2.73 13.45 -0.960 11.52 1.07 7.65 2.82 12.95 -0.482 12.02 0.506 7.15 2.83 12.45 -0.016 12.52 0.010 6.65 2.846.15 2.846.65 2.907.15 2.877.65 2.618.15 2.608.65 2.669.15 2.839.65 2.9910.15 2.7110.65 2.1711.15 1.50911.65 0.94212.15 0.384四、实验结果分析1.用matlab做三次测量数据的折线图2.使用一条直线对曲线进行拟合，给出拟合公式如图为传感器位移特性曲线，紫色线为用最小二乘法做出的一次拟合直线，拟合直线公式为：y=kx+b (分别在直线上找到两点带入得到公式)即：y=-1.029x+12.4923.根据图形，计算或者指出传感器的测量范围，灵敏度，线性度，重复性。
山东交通学院实验三 霍尔式位移传感器的直流激励特性
实验三霍尔式位移传感器的直流激励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、实验原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H =K H IB，保持K H 、I 不变，若霍尔元件在梯度磁场B 中运动，且B 是线性均匀变化的，则霍尔电势U H 也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。
三、所需单元及部件：霍尔片、磁钢、电桥、差动放大器、F/V 表、直流稳压电源、测微头、振动平台。
四、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。
五、实验步骤：1、了解霍尔传感器结构、熟悉霍尔片电路符号，霍尔片安装在振动圆盘上,两个半圆永久磁钢固定在顶板上，二者组合成霍尔传感器（老）；霍尔片封装成探头固定在调节支架上，圆形永久磁钢固定在振动圆盘上（新），两种不同结构的霍尔传感器，请对照设备看下。
2、开启主电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图23接线，W1、r 为电桥单元的直流平衡网络。
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（老），霍尔探头置于圆形磁钢中心（新）并且相距约2-3mm。
4、开启主电源，调整W1使电压表指示为零【如电压表指示不能调零（新），再进一步一调整霍尔探头与圆形磁钢中心的距离，直至可到零位】。
5、记下测微头起始刻度，顺时针旋动测微头，记下电压表读数，建议每0.2—0.5mm 读一个数，将读数填入下表：作出V-X 曲线，记下线性范围(X-V)坐标，求出灵敏度。
通过实验可以想到：本实验实际上是用移动的霍尔元件(或磁钢)来测磁场分布情况，磁场分布的线性程度决定了输出霍尔电势的线性度，且灵敏度与磁场强度有关。
6、实验完结关闭主电源，各旋钮置初始位置。
六、注意事项：1、由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴霍尔探头尽量对准磁钢中心，以高灵敏度。
一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
2、霍尔传感器的输入、输出端口不要弄错；激励电压不能过2V，以免损坏霍尔片。
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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5-1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。
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、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？。