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1、摘要：本实验的主要内容是通过对霍尔氏传感器直流激励特性的了解，结合其在电子秤上的应用，加深对传感器的认识了解。关键词：霍尔氏传感器 电子秤引言：随着科学技术的飞速发展，现今各种各样的传感器已经成为众多领域不可缺少的关键部件。传感器的定义是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转化成可用输出信号的器件或装置。传感器起到信息收集、信息数据的转化作用。第一个实验是研究霍尔氏传感器的直流激励特性，第二个实验是利用霍尔传感器将被测物体的质量转化成电信号，由电信号与质量间的线性关系从而得出被测物体的质量。实验方案及数据处理:实验一：霍尔传感器的直流激励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与特性。二、实验基
2、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 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。三、实验仪器：霍尔式传感器及磁场、霍尔片、电桥模块、差动放大器、万用表、JK19 型直流电压电源、测微头及连接件、FB716II 传感器实验台和九孔
3、实验板接口平台。四、实验步骤：预设：差动放大器增益旋钮打到最小，万用表置 20V 挡，直流恒压电源+2V 挡。1.了解霍尔传感器的结构，熟悉霍尔片的符号，将霍尔磁场固定在振动盘上，调节振动盘与霍尔片之间的位置，不可有任何接触，以免将霍尔传感器损坏；2. 按图 1 接线，W1，r 为电桥模块的直流电桥平衡网络，霍尔片上的 A，B，C，D与霍尔式传感器上的一一对应；图 13装好测微头，调节测微头与振动盘吸合并使霍尔片置于关圆磁钢上下正中位置。4打开直流恒压源调整 使万用表指示为零（要先将 W1 调节好再调整霍尔片的位置） ；5上下旋动测微头，记下万用表的读数，建议每 0.1mm 读一个数，5上下旋
4、动测微头，记下万用表的读数，建议每 读一个数，将读数填入下表：描绘 XU 曲线并指出线性范围，求出灵敏度 ，关闭直流恒压电源。可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。6实验完毕关闭直流恒压电源，将各旋钮置初始位置。五、数据处理：X/mm 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9U/mV 1.8 155.7 258.7 353.9 447 531 611 684 755 815X*X 0 0.01 0.04 0.09 0.16 0.25 0.36 0.49 0.64 0.81X*U
5、 0 15.57 51.74 106.17 178.8 265.5 366.6 478.8 604 733.5在坐标系中画出 x-u 图如下图所示:X-U图01002003004005006007008009000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1X/mmU/mv U/mV由图可知，线性范围为0.3,0.8 ，根据最小二乘法算得，灵敏度 s=U/x=846.14v/m3.从 1 中数据处理的结果可以看出，对于不同区间的 x，灵敏度不同，而且灵敏度有降低的趋势。六、误差分析：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
6、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。七、注意事项1由于磁场的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。2激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。3. 对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。实验二：霍尔式传感器的应用电子秤一、实验目的：了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。二、实验仪器：霍尔式及磁场、霍尔片、差动放大器、JK-
7、19 型直流恒压电源、测微头及连接件、电桥模块、砝码、万用表、九孔实验板接口平台和 FB716-II 传感器实验台。三、实验步骤：预设：直流恒压电源置+2V 档，万用表置 2V 档。1将霍尔磁场固定在振动盘上，调节振动盘与霍尔片之间的位置， （不可有任何接触，以免将霍尔传感器损坏。 ）使霍尔片刚好处于磁场的中间位置。2参照图 1 接线，霍尔片上的了 A、B、C、D 与霍尔式上的一一对应，打开直流恒压电源；3差动放大器增益调至适中位置，调节调零旋钮使万用表显示为零；4在称重平台上放上砝码，填入下表：4、数据处理0 20 40 60 80 100U(mv) 0 237.8 534 965 1438
8、 1778在坐标系中画出 U-W 图如下图所示，从上图可以看出，W 在区间【0，60】中时，U W；W 继续增大时，U-W 便是非线性关系，即超出了电子称的“量程” 。 五、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砝码应置于振动般的中间部位，装或卸砝码时，不要用力拉扯。实验三：霍尔片传感的交流激励静态位移特性一、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：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、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
9、骤：1、 传感器安装同实验 11，实验模板上连线见图 121。图 121 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、 调节音频振动器频率和幅度旋钮，从 Lv 输出，用示波器测量使电压输出频率为1KHz，电压峰峰值为接上交流电源，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、R W2 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
10、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，填入表121。表 12 1 交流激励时输出电压和位移数据X（mm）U(mv)6、描绘出 UX 曲线并找出线性范围，计算出灵敏度五、数据处理X（mm） 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9U(mv) -1.5 7.9 16.8 25.2 32.7 40.7 50.0 59.6 67.1 75.3用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？参考文献：张彦纯 大学物理实验 北京：机械工业出版社 2009 年 实验心得体会：在这次传感器的设计性实验
11、中我觉得自己收获了很多，可以说受益匪浅。第一次去做熟悉器材的时候，面对各种形形色色的传感器，有霍尔式传感器、电容式传感器、压阻式压力传感器、应变式传感器、光电传感器、磁电式传感器等等，还有差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、调零、增益、移相等处理电路的模块，感觉头都大了，那么多实验器材，眼花缭乱的。等到第二次实验的时候，实验八，实验九，接通电路的时候感觉还不错，但是调零的时候在老师的帮助下才完成的，至于实验十，接线的时候乱七八糟找不到方向了，后来在我们的努力下终于接通了，很有成就感，嘿嘿。X-U图-10010203040506070800 0.1 0
12、.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1X/mmU/mv V(mv)本学期的实验也在很大程度上开阔了我的视野，通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使我们进一步加深了对物理学原理的理解，培养与提高了我们的科学实验能力以及科学实验素养。总之，通过这次实验，我觉得自己了解和掌握了一些传感器的基本知识和它们的应用技能，为今后的学习、工作和生活打下基础。除此之外，大学物理实验使我们认识到了一整套科学缜密的实验方法，对于我开发我们的智力，培养我们分析解决实际问题的能力，有着十分重要的意义，对于我们科学的逻辑思维的形成有着积极的现实意义。最后，感谢老师们对我的指导，希望以后有更多这样的研究性实验。
