6 霍尔式传感器特性实验

姓名 专业班级 学号 序号

6 霍尔式传感器特性实验

一、实验目的

了解霍尔式传感器原理与应用；

了解开关式霍尔传感器测转速的原理与应用。

二、需用器件与单元

主板F/V表、+5V电源、1.2~12V可调电源、电机驱动、转速盘；霍尔转速传感器、传感器安装片、磁性座；机头静态位移安装架、传感器输入插座、线性霍尔传感器、测微头；±4V电源、霍尔输出口、电桥、差动放大器。

三、相关单元简介

1. 本实验采用的霍尔式位移(小位移1mm~2mm)传感器是由线性霍尔元件、永久磁钢组成，其它很多物理量如力、压力、机械振动等本质上都可转变成位移的变化来测量。霍尔式位移传感器的工作原理和实验电路原理如图1 (a)、(b)所示。将磁场强度相同的两块永久磁钢同极性相对放置，线性霍尔元件置于两块磁钢间的中点，其磁感应强度为０，设这个位置为位移的零点，即Ｘ=０，因磁感应强度Ｂ=０，故输出电压UH=０。当霍尔元件沿Ｘ轴有位移时，由于Ｂ≠０，则有一电压UH输出，UH经差动放大器放大后输出为电压为Vo，Vo与Ｘ有一一对应的特性关系。

＊注意：线性霍尔元件有四个接线端。涂黑两端1 (Vs+)、3 (Vs-)是控制电流极，用于输入激励电压，另外两个2 (Vo+)、4 (Vo-)是霍尔电极，用于输出霍尔电势。接线时，控制电流极与霍尔电极千万不能颠倒，否则霍尔元件将被损坏。

(a)工作原理 (b)实验电路原理

图1霍尔式位移传感器工作原理图

2. 开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波(开关信号)输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图如图2所示。被测圆盘上装有6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经频率表显示f，则转速为n = 10f（rpm）。

图2 开关式霍尔传感器测转速原理框图

16

姓名 专业班级 学号 序号

四、预习思考题

1. 何为霍尔效应？

2．霍尔传感器测量位移实验中，电桥单元的作用是什么？

3. 霍尔传感器测量转速的优点是什么？

五、实验步骤

1. 差动放大器调零； 2. 调节测微头的微分筒；

3. 按图1(b)在机头上安装传感器与测微头并接线。检查接线无误后，开启主电源。

4. 松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套，当PCB板(霍尔元件)处在两个圆形磁钢的中点位置时，拧紧紧固螺钉。仔细调节电桥单元中的W1电位器，使F/V表显示０。

5. 使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用单行程位移方法实验：顺时针调节测微头的微分筒3周，记录电压表读数(大约在1.6V~1.8V左右)作为位移起点。以后，反方向(逆时针方向) 调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，每隔△X= 0.1mm (总位移可取3~4mm)从电压表上读出输出电压Vo值，列入表1 (这样可以消除测微头的机械回差)。

6. 霍尔转速传感器安装、接线：如图3所示，将磁性座吸在转速盘附近的机箱边上，并通过传感器安装片装上霍尔转速传感器；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为2~3mm。霍尔转速传感器有三根引线，1号线(棕色)接+5V、2号线(黑色)接F/V表的Vi、3号线(蓝色)接F/V表的地；F/V表的地与+5V的地相连。1.2~12V电压调节与电机驱动相应连接。

17

姓名 专业班级 学号 序号

2kHz档

2黑色 接Vi 3蓝色 接地 1棕色 接+5v

图3 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图

7. 转动频率f测量：将F/V表的量程切换开关切到频率2kHz档，检查接线无误后合上主电源开关，调节1.2~12V电压调节旋钮，F/V表就显示相对应的频率f 。 六、实验数据

1. 位移测量

表1 霍尔传感器(直流激励)位移实验数据

X (mm) Vo (V) 根据表1实验数据作出V-X特性曲线，分析曲线计算不同测量范围 (±0.5mm、±1mm、±2mm)时的灵敏度和非线性误差。

2.转速n计算：写出计算公式。

表2 霍尔传感器(直流激励)转速实验数据

电压(V) 转速(rpm) 七、思考题

1. 利用开关式霍尔传感器测转速有什么前提条件？

项目 得分

预习 实验数据 数据分析 思考题 合计 18