实验直流激励时霍尔式传感器位移特性实验.pdf

实验项目：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 UHKHIB，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、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 91 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 92 X（mm）V(mv)729 523 V-X 曲线如下：0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4-235 1.6 1.8 2.0 347 177 85-80-354-465-575 V-X曲线8006004002000-200-400-600-800V(mv)X(mm)17290.225230.433470.641770.85851X根 据 上 图 和 实 验 数 据，在X 0.2,0.8区 间，霍 尔 传 感 器 的 灵 敏 度 为：V(mv)X(mm)V678910-80-235-354-465-5751.21.41.61.82k 729177 920；在X 1.2,2.0区 间，霍 尔 传 感 器 的 灵 敏 度 为：0.80.2 235575k 567。1.42.0以上曲线本着出于方便，利用 Excel 软件直接生成的，下面将利用最小二乘法拟合更加符合实验数据处理的 V-X 曲线。在这里，直接利用最小二乘法的结论：V a bX，其中a xixiyiyixii1KKKK2(xi)Kxi2i1i1i1Ki1Ki12KKKb xyii1i1Ki1i Kxiyii1K2(xi)2 Kxii1计算a、b（利用表 2 数据）Xi110Ki0.2+0.4+0.6+0.8+1.0+1.2+1.4+1.6+1.8+2.0=11 X Vii1i0.2*729+0.4*523+0.6*347+0.8*177+1.0*85+1.2*（-80.）+1.4*（-235）+1.6*（-354）+1.8*（-465）+2.0*（-575）=-2188.6 Vi110i729+523+347+177+85-80-235-354-465-575=152 Xi0.22 0.42 0.62 0.821.021.221.421.621.82 2.0215.4 2i11011*(2188.6)152*15.4 800.47211 10*15.411*15210*(2188.6)-713.88 b 211 11*15.4即得 V-X 拟合曲线，V 713.88*X 800.47误差分析：把 X 的值分别代入式V 713.88*X 800.47，可得：可得，a V171.306；V28.082；V3-25.142；V4-52.366；V5-1.59；V6-23.814；V7-36.038；V8-12.262；V919.514；V1052.29。可得，线性度为LVmaxV171.306100%100%100%5.55%VFSV1V10657.694(627.29)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。