霍尔式速度传感器

《霍尔式速度传感器》课程设计说明书

燕山大学《传感器原理与设计》课程设计任务书

摘要

风速是最基本的气象要素之一，气象学的理论研究和实验应用离不开风速的测量，特别是微气象学的研究与应用，更对风速测量的精度提出了更高的要求。在测风的各种仪器中，风杯风速计无疑是最常用、使用历史最长的一种。它成本较低，使用方便。

Hal-12霍尔转速传感器,是一种采用霍尔原理的的转速传感器。它的感应对象为磁钢。当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。由于安装使用方便，通用性好，已被广泛应用于各种领域。

因此设计中采用风杯与霍尔传感器结合的方法测量风速，以风杯作为敏感元件，感受风速，将风速转换成风杯的转速，并通过霍尔传感器产生脉冲计数，根据每分钟计数脉冲的个数来计算风杯的转速，进而得出风速。

目录

第一章风杯结构.............................. 第二章脉冲信号的获得........................

第一节霍尔效应................

第二节霍尔传感器..............

第三章风杯与霍尔传感器的组装................. 第四章硬件电路的设计.........................

第一节霍尔元件的补偿电路.................

第二节Hal-12型霍尔测速传感器电路设计....

第三节信号的计数处理..................... 第五章参数的计算............................. 第六章参考文献............................... 第七章心得总结............................... 第八章封底...................................

第一章风杯结构

风杯风速计的感应部分一般由三个或四个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成，杯壳

固定在互成120。的三叉型支架或互成90。的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，

整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。在稳定的风力作用下，风杯受到扭力矩的作用而开始旋转，它的转速和风速成一定的关系：

式中，μ为风速，N=，D=2πr²ρAb₁，ρ为空气密度，A为

风杯的横截面积，r为杯架的旋转半径,a₁和b₁是由风杯本身所决定的常数, n B1和B0分别是风杯风速计运转时的静摩擦力矩和动摩擦力矩, B1和B0的量很小，可以忽略,对测量结果不产生影响。

图1-1 风杯结构简图

图1-2 风杯模型实物图

第二章脉冲信号的获得

第一节霍尔效应

所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为

UH=RHIB/d

RH=1/nq（金属）

式中 RH——霍尔系数：

n——载流子浓度或自由电子浓度；

q——电子电量；

I——通过的电流；

B——垂直于I的磁感应强度；

d——导体的厚度。

应该指出：霍尔效应对于一切导电体（导体、金属半导体）都成立。

图1-1 霍尔效应原理图

第二节霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，所以，在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到了广泛的应用，通常被用来测量位移、压力、转速等物理量。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构可以做

得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

在设计中使用是Hal-12霍尔传感器，Hal-12霍尔转速传感器,是一种采用霍尔原理的的转速传感器。它的感应对象为磁钢。当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。由于安装使用方便，通用性好，已被广泛应用于各种领域。

技术参数：

1.发讯频率：0~10kHz

2.供电电源：12~25V(DC)

3.负载电阻：≥1.0kΩ

4.检测距离：1~4mm(磁钢)

6.输出信号：矩形波幅值：近电源电压

7.环境条件：温度：-20°C～80°C相对湿度：≤85%

8.安装螺纹：M12×1输出线棕色：接电源+12V；蓝色：接电源地0V；黑色：接信号

图2-1 霍尔传感器结构示意图

图2-2 Hal-12霍尔传感器实物图

图2-3 霍尔传感器结构参数

第三章风杯与霍尔传感器的组装

风杯与霍尔传感器的整体组装如图，为尽量减小风杯的误差，在风杯的每个转臂上距转轴等距离处各黏贴一片规格相同的磁钢，使其不影响风杯的正常旋转，将霍尔传感器安装在风杯的支撑轴上，使其能够正对磁钢的位置，当风杯转过霍尔传感器的位置时，才能保证传感器能感受到磁钢产生的磁场，将引线沿着支架导出，接入后续转换电路。

图3-1 风杯与霍尔传感器组装图