霍尔式传感器应用设计报告

霍尔式传感器应用设计报告1.设计题目：霍尔式传感器位移特性2.设计要求：根据霍尔效应，霍尔电势UH=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。要求分别利用直流电压和交流电压激励来对位移进行测量。3.霍尔式传感器的原理：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UH=KHIB，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UH=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。4.设计所需元器件：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。5.设计的测量电路图：图1霍尔传感器安装示意图图2霍尔传感器位移直流激励实验接线图图3流激励时霍尔传感器位移实验接线图6.调试过程及结果分析：（1）直流激励时霍尔式传感器1、将霍尔传感器按图1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图2进行。1、3为电源±4Ｖ，2、4为输出。2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW1使数显表指示为零。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。X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V(mv)-1.593-1.430-1.266-1.093-0.941-0.776-0.619-0.469-0.306-0.161-0.001X(mm)2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0V(mv)0.1530.3040.4690.6230.7900.9541.1211.3041.4751.665灵敏度分析：灵敏度定义为测量元件的输出y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：而由绘制的曲线可知S=0.8006，近似为一个常数。非线性误差：由上面计算可得U=SXU=0.8006X-1.5916≈0.8*(X-2)于是计算可得：U(0)=-1.6V,U(1.0)=-0.8V,U(2.0)=0V,U(3.0)=0.8V,U(4.0)=1.6V,由此可得在各处的非线性误差为：E(0)=0.007V,E(1.0)=0.004V,E(2.0)=0.001V,E(3.0)=0.01V,E(4.0)=0.65V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(2.0mm)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！（二）交流激励时霍尔式传感器1、将霍尔传感器按图1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图3进行。2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭，从LV输出用示波器测量，使输出为1KHZ、峰－峰值为4V，引入电路中（激励电压从音频输出端LV输出频率1KHZ，幅值为4V峰－峰值，注意电压过大会烧坏霍尔元件）。3、调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器RW1、RW2使显示为零。4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器ＲＷ和相敏检波电位器ＲＷ，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。5、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数交流激励时霍尔式传感器位移特性实验，初始位移：8mmX(mm)0.20.40.60.81.0V(mv)-726-646-565-484-410X(mm)1.21.41.61.82.0V(mv)-328-252-173-98-21X(mm)2.22.42.62.83.0V(mv)56135218294374X(mm)3.23.43.63.84.0V(mv)458545616687753实验中波形输入电压7.思考题：霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？答：由霍尔传感器的工作原理可知，UH＝KHIB；也就是说霍尔元件实际感应的是元件所在位置的磁场的强度B的大小(在电流I一定的情况下)。由上述分析即可得知，实验中霍尔元件位移的线性性实际上反映了空间磁场的线性分布！也就是说它揭示了元件测量处磁场的线性分布。移相后相敏检波后滤波后