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UH＝KHIB，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Vo1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。表14X（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9－2X（mm）00.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mv)1.881.6791.4751.2731.0860.890.7110.5250.3390.16X（mm）2.02.22.42.62.83.03.23.43.63.8V(mv)-0.022-0.199-0.383-0.576-0.754-0.94-1.127-1.324-1.524-1.708V-X曲线如下：（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=0.9136Δm=Y-0.89=0.0236VyFS=1.88Vδf=Δm/yFS×100%=1.256%当x=3mm时:Y=-0.9354×3+1.849=-0.9572VΔm=Y-（-0.94）=-0.0172VyFS=1.88Vδf=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。直流霍尔效应y=-0.9354x+1.849R2=0.9998-3-2-1012300.511.522.533.544.5X（mm）V(V)实验15交流激励时霍尔传感器位移特性实验一、实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性。二、基本原理：交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。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、移相器/相敏检波器/低通滤波器模板、双线示波器。四、实验步骤：1、传感器、测微头安装使用同实验九。实验模板接线见下图2、首先检查接线无误后，合上主机箱总电源开关，调节主机箱音频振动器的频率和幅度旋钮，用示波器、频率表监测Lv输出频率为1KHz，幅值为4V的峰--峰值；关闭主机箱电源，再将Lv输出电压（1KHz、4V）作为传感器的激励电压接入图15的实验模板中。3、合上主机箱电源，调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中点，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，然后转动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入下表。表15交流激励时输出电压和位移数据X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mv)00.030.060.080.110.150.180.210.240.28X(mm)2.02.22.42.62.83.03.23.43.63.8V(mv)0.320.360.40.440.480.520.560.580.610.63X(mm)4.04.24.4V(mv)0.650.670.696、根据表15作出V-X曲线，计算不同量程时的非线性误差。（1）由上图可知灵敏度为S=ΔV/ΔX=0.173V/mm（2）由上图可得非线性误差：当x=1mm时，Y=0.173×1-0.0179=0.151Δm=Y-0.15=0.001VyFS=0.36Vδf=Δm/yFS×100%=0.278%交流霍尔效应y=0.173x-0.0179R2=0.9961-0.100.10.20.30.40.50.60.70.800.511.522.533.544.5X(mm)V(V)当x=3mm时:Y=0.173×3-0.0179=0.5011VΔm=Y-0.52=-0.0189VyFS=0.36Vδf=Δm/yFS×100%=5.25%实验16霍尔测速实验一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理：利用霍尔效应表达式，UH＝KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三、需用器件与单元：主机箱、霍尔转速传感器、转动源。四、实验步骤：1、根据图16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2~3mm2、首先在接线以前，合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2—24V旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（显示选择打到20V档）监测大约为1.25V；然后关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按图16所示分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表（转速档）的Fin上。3、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（调节电压改变电机电枢电压），观察电机转动及转速表的显示情况。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读取数据）；画出电机的V—N（电机电枢电压与电机转速转速的关系）特性曲线。实验完毕，关闭电源。V(V)23456789101112N(rad/s)33054077010101230145016801910213023602580画出电机的V—N特性曲线：霍尔式y=226x-128.36R2=0.999905001000150020002500300002468101214五、思考题：1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？答：利用霍尔元件测转速时，每当磁感应强度发生变化时霍尔元件就输出一个脉冲，如果转速过慢，磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。2、本实验装置上用了6只磁钢，能否用一只磁钢？答：可以用一只磁钢,只是用一只磁钢测量的灵敏度会降低。实验17磁电式转速传感器测速实验一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。二、基本原理：基于磁电感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次变化。通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三、需用器件与单元：主机箱、磁电式转速传感器、转动源。四、实验步骤：磁电式转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外，其余完全与实验16相同；请按图17和实验16中的实验步骤做实验。实验完毕，关闭电源表17数据记录V(V)23456789101112N(rad/s)40062083010501280148016801910215023802600磁电式y=219.27x-45.818R2=0.999705001000150020002500300002468101214