实验一 集成霍尔传感器特性与简谐振动实验
实验一集成霍尔传感器特性与简谐振动实验
【实验目的】
随着科学技术的进步，测量方法也不断进步。90年代初，集成霍尔
传感器技术得到了迅猛发展。各种性能的集成霍尔传感器不断涌现，在工业，交通，通讯等领域的自动控制中得到大量应用。如磁感应强度测量，位移测量，周期和转速的测量，还有液位控制，流量测量，产品计数，车辆行程计量，角度测量等。 本实验将学习集成开关型霍尔传感器的特性，并用该传感器测量弹簧振子的振动周期。从而掌握简谐振动的规律，以及磁敏器件测量振动周期的新方法。
【实验原理】
1、 弹簧在外力作用下将产生形变(即伸长或缩短)。在弹性限度
内，外力和它的变形
量成正比，即：
[1]
这就是胡克定律，比例系数K称为弹簧的倔强系数，其值与弹簧的形
状，材料有关。若改变施加在弹簧上的外力，并测量相应的形变量，即可通过式(1)推算该弹簧的倔强系数。
2、 质量为的物体系于一轻弹簧的自由端，并放置在光滑的水平
台面上，而弹簧的另
一端固定，这就构成一个弹簧振子。若使物体在外力作用下(如用手拉)离开平衡位置少许，然后释放，则弹簧振子将在平衡点附近来回作简谐振动，其周期为:
[2] 实际上弹簧本身具有质量，它必对周期产生影响，故式(2)可修正为
[3]
其中是待定系数，，其值可以通过实验予以确定。称为弹簧的有效质量(亦称折合质量)。
若将上述弹簧振子铅直地悬挂在一个稳固的支架上，则它仍能在重力(是一个常力)及
弹性力的作用下作简谐振动，只是平衡位置有所变动。新的平衡位置即是弹簧下端悬挂物体后所处的平衡位置，故式(3)仍成立
3、集成开关型霍尔传感器
如图1所示，集成霍尔开关是由稳压器A。霍尔电势发生器(即硅霍
尔片)B，差分放大器C，施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组
成。(1)，(2)，(3)代表集成霍尔开关的三个引出端点。
图1图2
在输入端（1）输入电压V cc，经稳压器稳压后加在霍尔发生器的两端。根据霍尔效应原理，当霍尔片处于磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会有一个霍尔电势差V H输出，该V H信号经放大器放大以后送至施密特触发器整形，使触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到"工作点"(即B op)时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时，OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。当施加的磁场达到“释放点”(即B rp)时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这时称其为“关”态,这样两次高电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。
B op与B rp的差值一定，此差值B h=B op-B rp称为磁滞，在此差值内，V o
保持不变，因而
使开关输出稳定可靠，这也就是集成霍尔开关传感器优良特性之一。
集成霍尔开关传感器输出特性如图2。
【实验仪器和用具】
集成霍尔传感器特性与简谐振动实验仪
仪器结构
图3
1、弹簧，
2、砝码盘，
3、平面镜，
4、游标卡尺，
5、卡尺固定螺母，
6、调节螺母，
7、砝码和磁钢，8、开关霍尔传感器，9、水平调节螺丝，10、锁紧螺丝，11、计时电压测量稳压组合仪
【实验内容】
一、测量弹簧的倔强系数
1、利用新型焦利秤测定弹簧倔强系数
实验装置如图3所示。在砝码盘W中放置砝码，则作用力式中
为砝码盘质量与弹簧的有效质量之和，为重力加速度。利用(1)式可得：
(4)
（1）调节实验装置底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直（目测）；
（2）将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上，旋转悬臂，使挂于弹簧下放的砝码盘的尖针
靠拢游标尺上的小镜；
（3）在砝码盘中放置一定质量的砝码后，弹簧伸长。调节立柱旁游标高度,使小镜
上刻线对准尖针的下端，记录砝码值及游标尺上相应的指示读数；
（4）往砝码盘中逐步放入一定量的砝码。记录砝码盘中的砝码以及对应的游标卡尺的读数；
（5）从盘中逐个取出一定量的砝码后，弹簧稍收缩。再次记下此时盘中码值及游标卡尺相应读数。
（6）作图，验证满足线性关系，并求出斜率， 即为弹簧的倔强系数。
2、测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数
（1）用电子秒表测弹簧振子振动50次的时间，然后求得弹簧振子的周期，利用公式(3)求得弹簧倔强系数，公式(3)中，为弹簧的等效质量。
（2）用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。
将集成霍尔开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪相接。OUT接周期测试仪正级，V-接电源负极，并和周期测试仪负级连接，V+接电源正级，见图3，将钕铁硼磁钢粘于20g砝码下端，使S极面向下。把集成霍尔开关感应面对准S极，其与磁钢间距在10cm～20cm之间。轻轻拉动弹簧使其上下振动，记录振动50次的时间，求出弹簧振子周期。要求进行多次测量（测量5～6次，每次50个周期）。由公式(3)求弹簧倔强系数。
3、 测量集成开关霍尔传感器的参数。
如图4接线，把小块钕铁硼磁钢粘在固定支架上，使小磁钢的S极与集成开关型霍尔
传感器(简称集成霍尔开关)的感应面(有文字面)紧密相对（接触），记录电路板在固定支架上的位置x0,将集成霍尔开关向外线移动。当发光二级管熄灭时记录电路板的位置x1,再,将集成霍尔开关向内线移动，当发光二级管又被点亮时再记录电路板的位置x2，计算该传感器与磁钢间距的关系（相距︱x2-x0︱时工作，相距︱x1-x0︱时释放）。然后，用95A 型集成线性霍尔传感器测量离磁钢距d处的磁感应强度B。求出集成霍尔开关的特性参数:工作点B op及工作距离D op，释放点B rp及释放距离d rp，计算磁滞值B H。集成线性霍尔传感器的接线图和集成霍尔开关的接线图，请看附录。
(5)
(6)
图4
95A型集成线性霍尔传感器的连接方法和集成开关 型霍尔传感器的基本相同，不同的只是不接周期测试仪，而接电压表。先将95A型集成线性霍尔传感器远离磁场，调节输入电压，使输出霍尔电压为2.500V，再进行测量，此时运用公式（5），如果补偿了零磁场时的2.500V，运用公式（6）。
【思考题】
1.实验中除了可由M i～Y i图线判断弹簧的弹性回复力与弹簧偏离平衡位置的位移成线性关系外，还可以由什么来判断这一关系?
2.集成霍尔开关有哪些主要特性参数?怎样测量这些特性参数?
3.集成霍尔开关测量周期或转速有何优点?你是否可以举些例子说明集成霍尔开关的应用吗？
【附录】
1、A44E集成霍尔开关
实验中用于测量的A44E集成霍尔开关，磁钢用直径D=6.004mm，长度为L=3.032mm的钕铁硼磁钢。电源用直流，霍尔开关输出由四位半直流数字电压表测量，磁感应强度B用95A型集成霍尔元件测量。
图5
图5中，(a)为集成霍尔传感器外形图。测量时(1)和(2)两端加直流+12V，在输出端(3)与电流(10之间接一个2K 的负载电阻，如图(b)所示。
（1）输出特性传感器主要特性是它的输出特性，即输入磁感应强度B与输出电压V0之间的关系。测量所得数据见表1。
表1 工作电压V=12v
从表1 中数据可见，A44E 集成霍尔开关是单稳态型。由测量数据作出的特性曲线如
图2所示。
（2）磁输入特性
传感器的磁输入基本有三种情况:单极磁场，双极磁场和交变磁场。 A44E集成霍尔开
关的磁输入为单极磁场，即施加磁场的方式是改变磁铁和集成霍尔开关之间的距离。
测量时，将磁铁固定，移动集成霍尔开关，且使移动方向在磁铁与霍尔开关的轴心线
方向上。实验中显示，当磁铁和霍尔开关移近到一定位置，霍尔开关接通，二者移开一定距离后，霍尔开关断开。若以两者之间的距为r，则测得r=4mm时，霍尔开关导通，此时B=16.9mT，而r=5mm时，霍尔开关断开，测得B=13.2mT。可见导通点与释放点间距离值为1mm，这是用直径只有D=4.0mm钕铁硼强磁材料做成磁铁测量的结果，其它形状和大小磁铁的测量结果略有不同。
2、 95A 型集成霍尔元件
95A 型集成霍尔元件的内部结构如图6所示。左端为一霍尔传感器，中间连接了一个放大器，右端方框表示薄膜电阻组成的剩余电压
补偿器。95A型集成霍尔元件测量时输出信号大，不必考虑剩余电压
的影响，V+与V-间的电压为5V左右，0和V-两端即为输出电压。在磁
感应强度为零时，调节电流电压，使输出电压为2.500V，在此标准状
态下，它的输出电压U与磁感应强度B关系如图8所示
该关系可用(5)式表示:
式中，U为集成霍尔传感器输出电压，K为该集成霍尔传感器的灵敏
度。
如果外接一个2.500V辅助直流电源，使磁感应强度为OT时，输出信号
U1为0，那么集成霍尔传感器输出电压U1与磁感应强度B的关系为(6):
图6
图7
图7是95A 型集成霍尔传感器的特性曲线。
95A集成霍尔线性传感器参数如表2
表2
供电电压(VDC) 4.5-10.5
供电电流@25℃(mA)Typ7.0 Max8.7
输出类型比率变化输出电流(mA)
典型电流源最小电流源最小电流沉最小电流沉Vs>4.5V
Vs>4.5V
Vs>4.5V
Vs>5.0V
1.5
1.0
0.6
1.0
Typ.Gauss:-670-+670(-67-
霍尔传感器位移特性实验
实验14 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 141270046 自动化杨蕾生 一、实验目的： 了解直流激励时霍尔式传感器的特性。 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，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。 三、需用器件与单元： 主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。按图14示意图接线（实验模板的输出V o1接主机箱电压表Vin），将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到2V档。 2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 3、以某个方向调节测微头2mm位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数，将读数填入表14。
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、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、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？ 答：本人认为应该是实际的输入、输出与拟合的理想的直线的偏离程度的变化，当X不同的时候，实际的输出值与根据拟合直线得到的数值的偏离值是不相同的。 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 实验数据如下： 表9－2
（1）由上图可知灵敏度为S=ΔV/ΔX=-0.9354V/mm （2）由上图可得非线性误差： 当x=1mm时， Y=-0.9354×1+1.849=0.9136 Δm =Y-0.89=0.0236V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=1.256% 当x=3mm时: Y=-0.9354×3+1.849=-0.9572V Δm =Y-（-0.94）=-0.0172V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=0.915% 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进 行补偿。 答：（1）零位误差。零位误差由不等位电势所造成，产生不等位电势的主要原因是：两个霍尔电极没有安装在同一等位面上；材料不均匀造成电阻分布不均匀；控制电极接触不良，造成电流分布不均匀。补偿方法是加一不等位电势补偿电路。 （2）温度误差。因为半导体对温度很敏感，因而其霍尔系数、电阻率、霍尔电势的输入、输出电阻等均随温度有明显的变化，导致了霍尔元件产生温度误差。补偿方法是采用恒流源供电和输入回路并联电阻。
DS18B20温度传感器实验
DS18B20温度传感器实验Proteus仿真原理图： DS18B20内部结构：
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霍尔传感器制作实训报告
佛山职业技术学院 实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试 专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘ 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电
实验十九 开关式霍尔传感器测转速实验
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图19—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
霍尔传感器制作实训报告
佛山职业技术学院实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级 08152 学号 31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期 指导老师张教雄谢应然 项目名称霍尔传感器电路制作与 调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
霍尔传感器原理图： 霍尔开关电路（霍尔数字电路），由三 端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119， 三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输 入运放TL082和输出级组成。在外磁场的作 用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路 输出管导通，输出低电平 TL082是一通用的J-FET双运用算放大 器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电 流，输出没有短路保护，输入级具有较高的 输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压 摆率。最大工作电压为18V。TL082是霍尔传 感器的核心处理部位。（CON2接口对应霍尔 元件THS119） 霍尔元件THS119封装图
印刷板： 3211 2 2 12 121 2121 21 21212 1 21 2 1 4321 1234 8 7653213 211 2321 121 2 1212 直流电源输入24V ，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN 型三极管来串接一个电阻来等效代替。 整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。主要的设计是RT1热敏电阻，对电路在工作时的表面温度进行控制。这样的设计能很好的起到一个自我保护。 因为我们知道，霍尔传感器的PCB 板是封装在塑料外壳里，由于电路的工作环境的问题，导致电路几乎没有更好的散热（外壳有些导热）。至此，用到RT1热敏电阻来进行温度控制保护显得非常合理。 三、实验操作（焊接）： 1.霍尔传感器PCB 双层印制电路板的焊接。 2.了解电路的元件的安排和电路设计线路的排版。
传感器测试实验报告
实验一 直流激励时霍尔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： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，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kx U H ，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。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，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9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv)
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、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
温度传感器实验
DH-SJ5温度传感器设计性实验装置 使 用 说 明 书 杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司
一、温度传感器概述 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。测温传感器就是将温度信息转换成易于传递和处理的电信号的传感器。 一、测温传感器的分类 1.1电阻式传感器 热电阻式传感器是利用导电物体的电阻率随温度而变化的效应制成的传感器。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。它分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 R t =R t0[1+α (t-t 0)] 式中，R t 为温度t 时的阻值；R t0为温度t 0（通常t 0=0℃）时对应电阻值；α为温度系数。 半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 t B t Ae R = 式中R t 为温度为t 时的阻值；A 、B 取决于半导体材料的结构的常数。 常用的热电阻有铂热电阻、热敏电阻和铜热电阻。其中铂电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 金属铂具有电阻温度系数大，感应灵敏；电阻率高，元件尺寸小；电阻值随温度变化而变化基本呈线性关系；在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高，是目前公认制造热电阻的最好材料。但铂在高温下，易受还原性介质的污染，使铂丝变脆并改变电阻与温度之间的线性关系，因此使用时应装在保护套管中。用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃，TCR=(R 100-R 0)/(R 0×100) ，R 0为0℃的阻值，R 100为100℃的阻值，按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100（R 0=100Ω）、Pt1000（R 0=1000Ω）为统一设计型铂电阻。铂热电阻的特点是物理化学性能稳定。尤其是耐氧化能力强、测量精度高、应用温度范围广，有很好的重现性，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器。 热敏电阻(Thermally Sensitive Resistor,简称为Thermistor),是对温度敏感的电阻的总称，是一种电阻元件，即电阻值随温度变化的电阻。一般分为两种基本类型：负温度系数热敏电阻NTC （Negative Temperature Coefficient ）和正温度系数热敏电阻PTC （Positive Temperature Coefficient ）。NTC 热敏电阻表现为随温度的上升，其电阻值下降；而PTC 热敏电阻正好相反。 NTC 热敏热电阻大多数是由Mn(锰)、Ni(镍)、Co(钴)、Fe(铁)、Cu(铜)等金属的氧化物经过烧结而成的半导体材料制成。因此，不能在太高的温度场合下使用。不竟然，其使用范围有的也可以达到了-200℃～700℃，但一般的情况下，其通常的使用范围在-100℃～300℃。 NTC 热敏热电阻热响应时间一般跟封装形式、阻值、材料常数（热敏指数）、热时间常数有关。材料常数（热敏指数）B 值反映了两个温度之间的电阻变化，热敏电阻的特性就是由它的大小决定的，B 值（K ）被定义为：2 12 1212111lg lg 3026.211ln ln T T R R T T R R B --?=--= ； R T1：温度 T 1（K ）时的零功率电阻值；R T2 ：温度 T 2（K ）时的零功率电阻值；T 1，T 2 ：
直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
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。 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。 用最小二乘法对实验数据进行处理，并绘出V-X曲线，程序如下： t=[0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8]; y=[-0.966 -0.978 -0.984 -0.988 -0.993 -0.997 -1.001 -1.006 -1.010 -1.015]; [P,S] = polyfit(t,y,1) t1=0:0.01:1.8; yi=polyval(P,t1); plot(t,y,'k*',t1,yi,'r') xlabel('X(mm)'); ylabel('V(V)'); legend('测量数据点','最小二乘拟合线') 运行结果如下： P = -0.0248 -0.9715 S = R: [2x2 double] df: 8 normr: 0.0069 由结果知灵敏度为0.0248和非线性误差为0.69% V-X曲线
结论：由上图知霍尔电压与推进距离为线性关系。 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？ 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。 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。 三、需用器件与单元： 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源±15V、反射面。 四、实验步骤： 1、根据图6-1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上光电变换座孔上。其内部已和发光 t=[0.51 0.8 0.835 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5]; y=[0.207 0.325 0.35 0.39 0.44 0.475 0.518 0.537 0.56]; [P,S] = polyfit(t,y,1) t1=0.5:01:1.5; yi=polyval(P,t1); plot(t,y,'k*',t1,yi,'r')
实验名称用霍尔传感器测定螺线管磁场
实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基教1108 实验日期 20 年 月 日 时段 同组同学 指导教师 一、实验目的（请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容，然后充分阅读实验报告！） 1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。 3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。 4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。 二、实验仪器 FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连接导线（4红，4黑）若干组成。其仪器装置如图1所示。 图1 新型螺线管磁场测定仪仪器装置 三、实验原理 把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B 中，如图2所示，当沿AA ′方向（Y 轴方向）通过电流I 时，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力f B 的作用而发生偏转。从而在DD ′间产生电位差U H ，这一现象称为 ，这个电位差称为 。
由电磁理论可得： U H ＝ （1） 式中，K H ＝ ned 1 称为霍尔元件的灵敏度，n 为载流子浓度，e 为载流子电荷电量，d 为半导体薄片厚度。 虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但实际中，在产生霍尔效应的同时，还伴随着几个副效应，它们分别是 ； ； ； 。所以用数字电压表测时U H 并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。 随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍尔传感器，它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。对SS95A 型集成霍尔传感器，它有三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”，“V out ”和“V -”构成“电压输出端”。由于SS95A 型集成霍尔传感器，它的工作电流已设定，被称为标准工作电流，使用传感器时，必须使工作电流处在该标准状态。在实验时，只要在磁感应强度为零(零磁场)条件下，调节“V +”、“V -”所接的“霍尔片工作电压”调节旋钮，使霍尔片传感器输出电压为2.500V(在数字电压表上显示)，则传感器就可处在标准工作状态之下。 图3 95A 型集成霍尔元件内部结构图 图2 霍耳效应原理图
DS18B20温度传感器实验
DS18B20温度传感器实验 TEMP1 EQU 5AH ;符号位和百位公用的存放单元TEMP2 EQU 5BH ;十位存放单元 TEMP3 EQU 5CH ;个位存放单元 TEMP4 EQU 5DH ; TEMP5 EQU 5EH TEMP6 EQU 5FH ;数据临时存放单元 TEMP7 EQU 60H TEMP8 EQU 61H ORG 0000H AJMP MAIN
ORG 0020H
MAIN: MOV SP,#70H LCALL INT ;调用DS18B20初始化函数 MAIN1: LCALL GET_TEMP ;调用温度转换函数 LCALL CHULI ;调用温度计算函数 LCALL DISP ;调用温度显示函数 AJMP MAIN1 ;循环 INT: L0: SETB P3.7 ;先释放DQ总线 MOV R2,#250 ;给R2赋延时初值，同时可让DQ保持高电平2us L1: CLR P3.7 ;给DQ一个复位低电平 DJNZ R2,L1 ;保持低电平的时间至少为480us SETB P3.7 ;再次拉高DQ释放总线 MOV R2,#25 L2: DJNZ R2,L2 ;保持15us－60us CLR C ORL C,P3.7 ;判断是否收到低脉冲 JC L0
MOV R6,#100 L3: ORL C,P3.7 DJNZ R6,L3 ;存在低脉冲保持保持60us－240us ; JC L0 ;否则继续从头开始，继续判断 SETB P3.7 RET ;调用温度转换函数 GET_TEMP: CLR PSW.4 SETB PSW.3 ;设置工作寄存器当前所在的区域 CLR EA ;使用DS18B20前一定要禁止任何中断LCALL INT ;初始化DS18B20 MOV A,#0CCH ;送入跳过ROM命令 LCALL WRITE MOV A,#44H ;送入温度转换命令 LCALL WRITE LCALL INT ;温度转换完成，再次初始化18b20 MOV A,#0CCH ;送入跳过ROM命令 LCALL WRITE MOV A,#0BEH ;送入读温度暂存器命令 LCALL WRITE
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 d IB ＝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，
实验三 热电阻、热点偶测温特性实验
实验三热电阻、热电偶测温特性实验 一、实验目的：了解热电阻的特性与应用，了解热电偶测量温度的性能与应用范围。。 二、基本原理： 1、热电阻： 利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻在0-630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为： R t=R0(1+A t+B t2) R0系温度为0℃时的电阻。本实验R0=100℃，A t=3.9684×10-2/℃，B t=-5.847×10-7/℃2，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。 2、热电偶 当两种不同的金属组成回路，如二个接点有温度差，就会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点称工作端，将其置于被测温度场，以相应电路就可间接测得被测温度值，温度低的接点就称冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值或经补偿后的0℃、25℃。 三、需用器件与单元：加热源、K型热电偶（红+，黑-）、P t100热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元、万用表，热电偶K型、E 型、加热源。 四、实验步骤： （一）热电阻： 1、注意：首先根据实验台型号，仔细阅读“温控仪表操作说”，学会基 本参数设定。 2、将热电偶插入台面三源板加热源的一个传感器安置孔中。将Ｋ型热电偶自由端引线插入主控面板上的热电偶EＫ插孔中，红线为正极，黑色为负极，注意热电偶护套中已安置了二支热电偶，Ｋ型和E型，它们热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别Ｋ型和Ｅ型（Ｅ型热电势大）热电偶。E型（蓝+，绿-）；k型（红+，黑-） 3、将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的220V控制电源插座上。
霍尔传感器实验步骤
【实验步骤】 (一)清点主要仪器（二）测量1.调节仪器①将仪器按照如图4所示安装：将弹簧固定在焦利秤上部的横梁上，在一 个刻有水平线的小平面镜杆下端挂上砝码盘，小平面镜杆穿过固定在立柱上的玻璃管，其上端与弹簧的下端相连， ②调节焦利秤的底脚螺旋，使焦利秤立柱竖直；调节螺旋E 使小平面镜上水平线与玻璃管壁上的水平线重合作为平衡位置，并调节支架让小镜面及其它参于振动的物体竖直。 2.测量弹簧的倔强系数K 2.1利用新型焦利秤（静态法）测定弹簧倔强系数K ①调节实验装置底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直（目测）；②将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上，旋转悬臂，使挂于弹簧下放的砝码 盘的尖针（1）靠拢游标尺上的小镜； （2）在砝码盘放入10个1g 的砝码，然后依次取出。在三线重合（小钩中的平面镜中有一水平刻线G ，玻璃管上有一水平刻线D ，D 在平面镜中有一像D’，通过转动标尺调节旋钮可将弹簧上下移动，则平面镜同时上下移动。当G 、D 、D’三者重合时称“三线重合”。）时，记录各次标尺读数y1,y2,……y10。（3）作Mi ～Yi 图，验证Mi ～Yi 满足线性关系，并求出斜率，'K 即为弹簧的倔强系数。'/K g K 2.2测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数（动态法）K （1）用电子秒表测弹簧振子振动50次的时间，然后求得弹簧振子的周期。T （2）用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。（3）将集成霍尔开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪相接。OUT 接周期测试仪正级，V-接电源负极，并和周期测试仪负级连接，V+接电源正级，见图3；、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
实验十一 LM35温度传感器特性实验
实验十一 LM35温度传感器特性实验 【实验目的】 1、了解LM35温度传感器的基本原理和温度特性的测量方法； 2、测量LM35温度传感器输出电压与温度的特性曲线； 【实验仪器】 电磁学综合实验平台、LM35温度传感器、加热井、温度传感器特性实验模板 【实验原理】 1．电压型集成温度传感器（LM35） LM35温度传感器，标准T0-92工业封装，其准确度一般为±0.5℃。（有几种级别）由于其输出为电压，且线性极好，故只要配上电压源，数字式电压表就可以构成一个精密数字测温系统。内部的激光校准保证了极高的准确度及一致性，且无须校准。输出电压的温度系数K V=10.0mV/℃，利用下式可计算出被测温度t（℃）: U O=K V*t=(10mV/℃)*t 即： t(℃)= U O/10mV （11-1）LM35温度传感器的电路符号见图11-1，V o为输出端实验测量时只要直接测量其输出端电压U o，即可知待测量的温度。 图11-1
图11-2LM35传感器特性实验连接图 【实验步骤】 1、按图11-2，将实验平台加热输出与加热井（加热接口）连接，实验台风扇接口与加热井（风扇接口）连接。 2、调节PID控温表，设置SV：在表面板上按一下(SET)按键，SV表头的温度显示个位将会闪烁；按面板上的“▲”或“▼”键调整设置个位的温度；在按面板上按一下(SET)按键即可，SV表头的温度显示个位将会闪烁，再按“＜”键使表头的温度显示十位闪烁，按面板上的“▲”或“▼”键调整设置十位的温度；用同样方法还可设置百位的温度。调好SV所需设定的温度后，再按一下（SET）按键即可完成设置。将加热开关选择（快）档加热，待30秒后，仪器开始加热，控温表即可自动控制温度。调节不同温度，设定参照步骤2进行调节。 3、根据不同的实验连接不同的连接线，可参照上图。 【实验数据】 1、LM35传感器（工作电压5V）（直流电压表2V档测量） 表11-1 t(℃) 30 40 50 60 70 80 90 100 U 2、描绘.LM35传感器曲线，求出.LM35随温度变化的灵敏度S(mV/℃), 【注意事项】 1、加热器温度不能加热到120℃以上，否则将可能损坏加热器。
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。 X(mm) 9.700 9.500 9.300 9.100 8.900 8.700 8.500 8.300 8.100 7.900 V(v) 0 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 X(mm) 7.700 7.500 7.300 7.100 6.900 6.700 6.500 6.300 6.100 5.900 V(v) 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.18 0.19 X(mm) 5.700 5.500 5.300 5.100 4.900 4.700 V(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。
霍尔传感器电容传感器4实验数据+图形
《机械工程测试技术》实验指导书 实验一、霍尔传感器的直流激励特性 一、实验目的 加深对霍尔传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制霍尔传感器静态特性特性曲线，掌握数据处理方法。 二、实验原理 当保持元件的控制电流恒定时，元件的输出正比于磁感应强度。本实验仪为霍尔位移传感器。在极性相反、磁场强度相同的两个钢的气隙中放置一块霍尔片，当霍尔元件控制电流I不变时，Vh与B成正比。若磁场在一定范围内沿X方向的变化梯度dB/dX为一常数，则当霍尔元件沿X方向移动时dV/dX=RhXIXdB/dX=K，K为位移传感器输出灵敏度。霍尔电动势与位移量X成线性关系，霍尔电动势的极性，反映了霍尔元件位移的方向。 三、实验步骤 1.有关旋钮初始位置：差动放大器增益打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置±2V档。 2..RD、r为电桥单元中的直流平衡网络。 3.差动放大器调零，按图6－1接好线，装好测微头。 4.使霍尔片处于梯度磁场中间位置，调整RD使电压表指示为零。 5.上、下旋动测微头，以电压表指示为零的位置向上、向下能够移动5mm，从离开电压表指示为零向上5mm的位 置开始向下移动，建议每0.5mm读一数，记下电压表指示并填入下表 X(mm） V(v) X(mm)
6.用以上的位移和输出电压数据，绘出霍尔传感器静态特性的位移和输出电压特性V-X曲线, 指出线性范围。 7.将位移和输出电压数据分成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度 值。 实验可见：本实验测出的实际是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它们的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。 四、思考题 1.为什么霍尔元件位于磁钢中间位置时，霍尔电动势为0。 2.在直流激励中当位移量较大时，差动放大器的输出波形如何？
霍尔传感器综合实验
实验三十霍尔传感器及其应用 霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应自1879年被发现至今已有100多年的历史，但直到本世纪50年代，由于微电子学的发展，才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国从70年代开始研究霍尔器件、经过30余年的研究和开发，目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如普通型、高灵敏度型、低温度系数型和开关式的霍尔元件。 由于霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特性，它已广泛应用于非电量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。 【预习提要】 （1）什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关？ （2）霍尔传感器用于测振幅和称重的原理是什么？ （3）设计待测量的数据记录表格。 【实验要求】 （1）了解霍尔式传感器的工作原理 （2）了解霍尔式传感器的直流激励特性和交流激励特性。 （3）了解霍尔式传感器在振动测量中的作用。 （4）学会多功能传感器中用霍尔式传感器称重的方法。 （5）练习用示波器观察波形和用作图法处理实验数据。 【实验目的】 了解霍尔式压力传感器的原理、结构及应用。 【实验器材】 霍尔式传感器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、音频振荡器、直流稳压电源、双线示波器、电压表、测微头、示波器、振动圆盘、砝码、 。【实验原理】 一、霍尔效应 如图1所示的金属或半导体薄片，若在它的两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那末．在垂直于电流和磁场的方向上(即霍尔输出端之间)将产生电势差U H，称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。
图1 霍耳效应示意图 图2 霍耳效应解释 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。假设，在N 型半导体薄片的控制电流端通以电流I ，那末，半导体中的载流子(电子)将沿着和电流相反的方向运动。若在垂直于半导体薄片平面的方向上加以磁场B ，则由于洛伦兹力f B 的作用，电子向一边偏转(见图2)，并使该边形成电子积累；而另一边则积累正电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场作用在运动电子上的力f E 与洛仑兹力f B 相等时，电子的积累便达到动态平衡。这时，在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔电场E ，相应的电势差就称为霍尔电压U H ，其大小可用下式表示： d IB R U H H = (V) (30~1) 式中；R H ——霍尔常数(m 3C -1)； I ——控制电流(A) B ——磁感应强度(T)； d ——霍尔元件的厚度(m)。 令 d R K H H = (30~2) 将(30—2)式代入(30—1)式，则得到 IB K U H H = (30—3) 由上式可知，霍尔电压的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 。K H 称为霍尔元件的灵敏度。它是表征在单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电压大小的一个重要参数。一般要求它越大越好。霍尔元件的灵敏度与元件材料的性质和几何尺寸有关。由于半导体(尤其是N 型半导体)的霍尔常数R H 要比金属的大得多，所以在实际应用中，一般都采用N 型半导体材料做霍尔元件.此外，元件的厚度d 对灵敏度的影响也很大，元件的厚度越薄，灵敏度就越高，所以霍尔元件的厚度一般都比较薄。 (30—3)式还说明，当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电压的方向也将改变。