实验4,5 霍尔式传感器的特性

实验4 霍尔式传感器的特性—直流激励

实验目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，霍尔元件控制电路和信号调理电路的特点，学会用霍尔传感器做静态位移测试。

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。

所需单元及部件：霍尔片（激励源输入端口：700Ω－1.5KΩ 输出端口：200Ω－500Ω）、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。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小放大倍数为1倍，F／V电压表置２Ｖ档，直流稳压电源置±２Ｖ档，主、副电源关闭。

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，霍尔片引脚符号如图1A所示。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。

图1A

（2）差动放大器调零。差动放大器增益置合适位置（增益电位器顺时针方向旋到底为100倍，逆时间旋到底为1 倍），“+、-”输入端用实验线对地短接，输出端接数字电压表2V 量程,开启总电源和副电源开关。用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零。调零后关闭主电源，拆除调零接线，再根据图1B接线，其中Ｗ１、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。

图1B

（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合，并调节实验台顶端右侧的振动圆盘上、下位置，目测霍尔元件位于梯度磁场中间位置。开启电源(注意: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)。

（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±3mm，记下电压表的读数，建议每0.5mm读一个数，将读数填入下表：

根据上表数据作出Ｖ－Ｘ曲线，指出线性范围，并求出其灵敏度Ｓ＝。

(6)实验完毕关闭主、副电源。

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，以提高灵敏度。

(2)一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。

(3)激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。

(4)霍尔片输入输出信号千万不能接错，否则烧毁霍尔片输出端。

实验5 霍尔式传感器的应用—电子秤

实验目的：了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、F／V表（电压表）、主、副电源、振动平台。

有关旋钮初始位置：直流稳压电源±２Ｖ，F／V电压表２Ｖ档，主、副电源关闭。

实验步骤：

(1)开启主、副电源将差动放大器增益调至最小位置调零后，关闭主、副电源，拆除差动放大器调零接线。

(2)差动放大器增益调至最小位置调零后，不再改变调零电位器的位置。

(3)调节测微头脱离平台并远离振动台。

(4)按图1B接线，开启主、副电源，调Ｗ１电位器使系统电压输出为零。

(5)在称重平台上放上砝码，填入下表：

(6) 根据上表数据作出Ｖ－Ｗ曲线，指出线性范围g，并求出其灵敏度Ｓ＝mv/g。

(7)根据线性起点移走平台上放的多余称重砝码，记下此刻的表头读数，再在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据线性区的灵敏度Ｓ求得未知重量W= 。

注意事项：

（1）此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。

（2）砝码应置于平台的中间部分。

思考题

1、电压控制型和电流控制型的霍尔元件有何不同？并各给出一种具体的型号加以说明。为什么本次试验中的霍尔元件直流激励电压不能超过规定的大小？

2、为什么传感器的信号调理电路一般采用差动放大电路？

3、如何利用霍尔传感器作一电子秤来称重？试说明基本思路和做法。

4、当霍尔元件进入均匀磁场时，霍尔电压是否仍随位移量的增加而线性增加？实验预习和实验报告要求

1、明确本次实验的目的和任务，预习有关霍尔元件的特性、霍尔传感器的结构及工作原理；对霍尔元件控制电路和信号调理电路的要求。

2、实验报告要求：

（1）画出实验原理框图；

（2）记录、整理实验数据、表格，画出有关曲线并计算灵敏度、非线性度。（3）回答思考题。