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1、霍尔流体速度传感器理学院创新中心项目成员：肖龙 胡苏 杨深化指导老师：左安友www.NordriD*1Date2目前普遍使用的流体速度传感器Date3 此图为常 见的三杯 风轮式流 体测速器 的实物图Date4本图为螺旋桨式流体速度传感器Date5 本图为电子 测风仪的实 物图Date6对以上传感器的分析虽然传统的流体速度传感器 可以分为三杯式和螺旋桨式 但其本质都是通过将流体速 度信号转化为轴承的角速度 信号所以存在以下缺点：1.受作用叶片在转动 的同时会对被测流体 形成扰动，影响精确 测量。2.受作用叶片本身质 量较大，当流体速度 较小时不能引起它转 动，从而精密程度受 到限制。3.本身的
2、转动式构造 限制了以上传感器的 尺寸，不利于传感器 向小型化发展。Date7本项目的初期设计当液体从伸 入液体内的 翼形板上流 过时，翼型 板带动滑动 变阻向下移 动，从而改 变电流大小 并通过电流 表读出流体 流速。Date8初期设计的缺陷 如图红色 区域内： 由于制作 工艺的问 题可能导 致使用滑 动变阻器 达不到预 想的精度 。Date9修改后的方案图 其中：1.联接 挂坠 2.翼形 板3.刀口4.沉 重板5.铜杠杆 （顶端装有型 95A型集成霍 尔器件） 6. 磁铁盒7.磁铁 （N极相对放 置）8.调节架。 Date10本设计的理论支撑1.伯努利方程：p+gh+(1/2)*v2=常量
3、即流速高处压力低， 流速低处压力高。 2.霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂 直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势 差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 Date1121234主要研究内容：自行添加标题自行添加标题自行添加标题一、原置原理设计与实验（1）完成装置整体设计。（2）选用合适材料作为承重板，通过反复试验测出其杨氏模量。（3）制作翼形板以及翼形板的固定滑 槽。（4）使用FD-HY-I杨氏模量实验仪模拟整个装置进行测流体速度实验，测量出不同流体速度下翼形板牵引沉重板产生的位移。二、单片机编程与电路设计（1）完成霍尔器件、单片机、显示数码管之间的电
4、路。 （2）单片机编程。实施方案 如图当流体流过翼 形板2时因为翼形板 上表面面积小于下 表面面积从而引起 沉重板4向下弯曲。 此时铜杠杆5也向下 倒从而引起霍尔器 件中的电位变化， 通过单片机对信号 进行处理使流体速 度显示在数码管上。 Date13原理详解1此图为图1中（5）、（6） 、（7）部分的原理图 磁铁间隙内中心截面柱的 磁感应强度为零，霍尔元 件处于该处时，输出的霍 尔电势差为零，当霍尔元 件偏离中心沿Z轴发生位移 时，由于磁感应强度不再 为零，霍尔元件也就产生 相应的电势差输出，其大 小可以用数字电压表测量 。由此可以将霍尔电势差 为零时元件所处的位置作 为位移参考零点。 从而
5、确定了霍尔电势差与 位移之间一一对应的关系 ，当位移量小于2mm时， 这一对应关系具有良好的 线性。Date14原理详解2 由以下方程可以测得翼型板所受重力与翼型板受液体作用 力的合力Mg 。其中：d为两刀口之间的距离， a为承重板的厚度，b为承重板的宽度，Z为承重板中心由于外 力作用而下降的距离（由霍尔元件传出的电势差 确定），Y为承重板的杨氏模量。Date15原理详解3 通过实验室现有的硅压力传感器测出流体 在不同速度下对翼型板的作用力，从而确 定Mg与流速v之间的线性关系。 由此v、Mg、Z三个物理量已经统一起来， 通过单片机对霍尔器件输出信号的处理， 数码管显示数据与实际速度完全对应起
6、来 。Date16预期成果 1.获取国家专利一项 2.制作出实物 3.研究总结报告一份Date17项目可行性评估 1.本项目成员及指导老师有信心有能力完成 本项目。 2.本项目的整体设计已经完成。 3.本项目所用实验设备均为理学院实验室现 有设备：FD-HY-I杨氏模 量实验仪Date18本项目可行性评估 4.项目成员有过参加电子设计大赛的经历，可以 完成单片机编程及电路设计。 5.项目成员有过专利申请经历，对申请专利的流 程比较了解，可以完成本项目的专利申请。本图为硅压力传感器Date19项目可行性评估 6.本项目准备参加于今年9月湖北省主办的“ 大学生物理实验创新设计大赛”，并且已经 向分管老师提交了方案，获得了分管老师 的认可。Date20经费预算项目总经费专利申请费：2000元试验耗材：900元实物制作：900元文本打印：200元Date21谢谢大家
