目录
一、课程设计目得与要求………………………………………、……………、…、、2
二、元件介绍……………………………………………………………………、…、、、、3
三、课程设计原理…………………………………………………………………、、、6
３、1霍尔效应………………………………………………………………………、、、6
３、２测磁场得原理,载流长直螺线管内得磁感应强度……………………、、8
四、课程设计内容………………………………………………………、、、………、、、10
4、１电路补偿调
节……………………………………………………………、、、…、、10
4、2失调电压调零……………………………………………………………、…、、
10
4、3按图4-3接好信号处理电路……………………………………………、、、、、、
10
4、4按图4-４接好总测量电路………………………………………………、…、
１1
４、5数据记录与处理………………………………………………………、……、、、、12
４、６数据拟合、、………………………………………………………………、…、、、、、、、、１3五、成品展示………………………………………………………………………、、、、、1６
六、分析与讨论........................................................................、、...、 (17)
实验所需仪
器..............................................................................、 (19)
个人总结………………………………………………………………………………、、、2０
致谢……………………………………………………………………………、…………、21
参考文献………………………………………………………………………、、………、22
参考网址…………………………………………………………………………、、、……、22
一、课程设计目得与要求
１、了解霍尔传感器得工作原理
２、掌握运用霍尔传感器测量磁场得方法
二、元件介绍
CA3１４0
ＣＡ3140高输入阻抗运算放大器,就就是美国无线电公司研制开发得一种ＢiMＯS高电压得运算放大器在一片集成芯片上,该CA3140A与CA3140 BiＭOＳ运算放大器功能保护MＯSＦEＴ得栅极(PMOＳ上)中得晶体管输入电路提供非常高得输入阻抗，极低输入电流与高速性能。操作电源电压从4V至３6V(无论单或双电源),它结合了压电PMOＳ晶体管工艺与高电压双授晶体管得优点、(互补对称金属氧化物半导体）卓越性能得运放。
应用范围:
、单电源放大器在汽车与便携式仪表
、采样保持放大器
、长期定时器
、光电仪表
、探测器
、有源滤波器
、比较器
、TTＬ接口
、所有标准运算放大器得应用、函数发生器
、音调控制
、电源
、便携式仪器
3503霍尔元件
UGN３503LT,UGN３５０３Ｕ与UGN３5０3UA霍尔效应传感器准确地跟踪磁通量非常小得变化,密度变化通常太小以致不方便操作霍尔效应开关。
可作为运动探测器,齿传感器与接近探测器,磁驱动机械事件得镜像。作为敏感电磁铁得显示器，就可以有效地衡量一个系统得负载量可以忽略不计得性能,同时提供隔离污染与电气噪声。?每个霍尔效应集成电路包括一个霍尔传感元件，线性放大器与射极跟随器输出级。
三种封装形式提供了对磁性优化包大多数应用程序。封装后缀“LT”就就是一个缩影ＳＯT-８9/TＯ243AA表面贴装应用得晶体管封装;后缀“U”就就是一个微型三引脚塑料ＳIＰ，而＇UA'就就是一个三引脚超小型SIP协议。所有器件得额定连续运行温度?范围为-２0 °C至＋85°Ｃ。
特点:
·极为敏感
·至２3 ｋHz得平坦得响应?·低噪声输出?·4、
5 V至６V得操作
·磁性优化装箱
图２-4 3５03霍尔元件封装及引脚图
三、课程设计原理
3、1霍尔效应
图３-１-1 霍尔效应原理图
把矩形得金属或半导体薄片放在磁感应强度为得磁场中,薄片平面垂直于磁场方向。如图3-1-1所示，在横向方向通以电流Ｉ,那么就会在纵向方向得两端面间出现电位差,这种现象称为霍尔效应,两端得电压差称为霍尔电压，其正负性取决于载流子得类型。(图3－1-1载流子为带负电得电子,就就是N型半导体或金属)，这一金属或半导体薄片称为霍尔元件。假设霍尔元件由Ｎ型半导体制成,当霍尔元件上通有电流时，自由电子运动得方向与电流I得流向相反得。由于洛伦兹力得作用,电子向一侧偏转，在半导体薄片得横向两端面间形成电场
称为霍尔电场,对应得电势差称为霍尔电压U H。电子在霍尔电场中所受得电场力为,当电场力与磁场力达到平衡时,有
若只考虑大小,不考虑方向有
E H＝ｖB
因此霍尔电压
UＨ=wE H =wvB (１)
根据经典电子理论,霍尔元件上得电流I与载流子运动得速度v之间得关系为
Ｉ＝nｅvｗｄ(2)
式中ｎ为单位体积中得自由电子数,w为霍尔元件纵向宽度,d为霍尔元件得厚度。由式(1)与式(2)可得
(3）
即
（4)
式中就就是由半导体本身电子迁移率决定得物理常数，称为霍尔系数,而K H 称为霍尔元件得灵敏度。在半导体中,电荷密度比金属中低得很多，因而半导体得灵敏度比金属导体大得多,所以半导体中,电荷密度比金属中低得多，因而半导
体得灵敏度比金属导体大得多，所以半导体能产生很强得霍尔效应。对于一定得霍尔元件,K H就就是一常数,可用实验方法测定。
虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用（B=0)时,U H＝0,但就就是实际情况用数字电压表测量并不为零,这就就是由于半导体材料结晶不均匀、各电极不对称等引起附加电势差，该电势差UＨO称为剩余电压。随着科技得发展,新得集成化(IＣ）器件不断被研制成功，本课程设计采用AN５03型集成霍尔传感器。A Ｎ5０3型集成霍尔传感器有三根引线,分别就就是:“Ｖ+”、“V－”、“V out”。其中“V+”与“Ｖ－”构成“电流输入端”，“V out”与“V－”构成“电压输出端”。由于AN503型集成霍尔传感器它得工作电流已设定,被称为标准工作电流,使用传感器时,必须使工作电流处于该标准状态。在实验时,只要在磁感应强度为零（B=0）条件下，“V oｕt”与“V-”之间得电压为２、５０0V,实际测得２、5３V，则传感器就处于标准工作状态之下(V＋标号为1，Ｖ-标号为2,V out标号为3）。
所以要对霍尔传感器进行电路补偿,使得传感器在０磁场得条件下接入电路输出电压Ｕｏ=0V,则补偿电路如下:
图3-1-2 霍尔传感器得补偿电路
3、2测磁场得原理,载流长直螺线管内得磁感应强度
对于密绕得螺线管，可以瞧成就就是一列有共同轴线得圆形线圈得并排组合,因此一个载流长直螺线管轴线上某点得磁感应强度,可以从对各圆形电流在轴线上该点所产生得磁感应强度进行积分求与得到。根据毕奥—萨伐尔定律，当线圈通以电流IM 时,管内轴线上P 点得磁感应强度为
5
其中μO 为真空磁导率,μＯ =４π×10-７亨利/米,N 为螺线管单位长度得线圈匝数,IM 为线圈得励磁电流,β1、β２分别为点P 到螺线管两端径失与轴线夹角,如图3－２-1所示。
对于一个有限长得螺线管,在距离两端口等远得中心处轴上Ｏ点, ６ 7
式中D 为长直螺线管直径，L 为螺线管长度。 此时,磁感应强度为最大，且等于 ８
由于本设计所用得长直螺线管满足Ｌ>>D,则近似认为
9
在两端口处,
， 10 磁感应强度为最小,且等于
11 同理,由于本设计所用得长直螺线管满足L>＞D,则近似认为 12 由(11)、(1２）式可知,
由图３-2-2所示得长直螺线管得磁力线分布可知,其内腔中部磁力线就就是平行于轴线得直线系,渐近两端口时,这些直线变为从两端口离散得曲线,说明其内部得磁场在很大一个范围内就就是近似均匀得,
仅在靠近两端口
图
3-2-1
处磁感应强度才显著下降,呈现明显得不均匀性。根据上面理论计算,长直螺线管一端得磁感应强度为内腔中部磁感应强度得1/２。
四、课程设计内容
4、1电路补偿调节
(1)按图3-1－２接好电路。集成霍尔传感器与5V微机电源相接(正负极请勿接错)。如图标号,1接正极,2接地,3与２与数字电压表+、-相接。
(2)霍尔传感器处于零磁场条件下,传感器工作电源输出电压5V,测得数字电压显示得电压指示值为2、5３V,调节传感器补偿电路中得可调电阻,也就就就是用一外接2、53V得电位差与传感器输出２、53V电位差进行补偿,使数字电压表指示值为0（这时应将数字电压表量程开关拨向mV档），这时集成霍尔元件便达到了标准化工作状态,即集成霍尔传感补偿电路得输出电压恰好达到U0＝０Ｖ。
４、2失调电压调零
按图２-3接好电路。调节可调电阻使得运算放大器得输出端电压Uo=0V。
4、3按图4-3接好信号处理电路
图4－3 信号处理电路
4、4按图4-４接好总测量电路
图4－4为螺线管磁场测量电路示意图，即总电路图。
螺线管长度:22．3ｃm,平均直径:25mm 。螺线管匝数:２０00±20匝。螺线管中央均匀磁场长度：>１0.0cm 。
电源组与数字电压表:传感器工作电源5V ，传感器补偿电源5V 。 【注意事项】
1、集成霍尔元件得“V+”与“V-”不能接反,否则将损坏元件。
2、实验中常检查I ｍ=０时,传感器输出电压就就是否为2、50０V 。
3、用m Ｖ档读U ＇值。当Ｉm=0时,输出端mV 指示应该为0。
５、拆除接线前应先将螺线管工作电流调至为零，再关闭电源。以防止电感电流突变引起高电压。
6、实验完毕后,请逆时针地旋转仪器上得三个调节旋钮,使恢复到起始位置(最小得位置）。
4、5数据记录与处理
(1)三位半数字万用表测量数据
表一正向测量结果
表二反向测量结果
(2）四位半数字万用表测量数据
表三正向测量结果
表四反向测量结果
4、６数据拟合
(1)
y ＝１６5、１7４5 x –７、６376线性度el ＝0、７6%
y = 162、８667ｘ-5、８409线性度eｌ= 0、７1%
?(2)
y = １69、0742x + 9、478７线性度ｅl = ０、2１%
ｙ= 16８1321ｘ- 14、３2６5线性度el = 0、2%
五、成品展示
1、全图
图 5
2、面包板接线
六、分析与讨论
1、补偿电路得分压电阻得大小对整个电路得输出电压就就是否有影响?
答:有影响。
现象1:分压电阻用10k得电阻,可调电阻用５0k得电阻。虽然此时补偿后传感器得输出电压可基本调至0、而整个电路得输出无法调至0，且数值波动很大。
现象2:分压电阻用０、５1k得电阻,可调电阻用1ｋ得电阻。此时补偿后传感器得输出电压可基本调至零,且整个电路得输出电压也可基本调至零，且波动
很小。
由此可以得出,输入阻抗得大小对整个电路得输出电压就就是有影响得,所以补偿电路得分压电阻得大小对整个电路得输出电压就就是有影响得。
2、失调电压调零电路得电阻对传感器得输出就就是否有影响？
答:有影响。
现象1:当用1ｋ与０、51ｋ电阻并联时,输出端电压可基本调至0,但就就是接入电路时,输出电压稳定，且可基本调至0。
现象2:当换成１0k电阻时,输出电压也可基本调至0，但就就是接入电路时输出电压不稳定,且波动较大。
由此可以得出,失调电压调零电路得电阻对传感器得输出就就是有影响
３、放大电路得放大倍数就就是否只能取决于一个点得输入输出电压？
答:不能。
放大电路得放大倍数不能只取决于一个点得输入输出电压，而应该用输出变化量与输入变化量得比值来表示。
现象:若用一个点得输入输出电压时，其放大倍数为100倍。不符设计电路计算结果;而用输出变化量与输入变化量得比值来表示时其放大倍数为十倍。符合设计电路计算结果。
4、霍尔元件伸入螺线管得长度对磁场得测量就就是否有影响?
答:有影响。
螺线管两端得磁场分布不均匀，中间分布均匀,当伸入长度极短时就就是有影响得,但伸入长度稍微长一些时,保证其再均匀区域内,伸入长度就就是没有影响得。
5、为什么要求磁场方向垂直于霍尔元件平面,否则测出得霍尔电压将如何变化？
答:霍尔效应要通过测两板间得电势差,如果不垂直得话，正负电荷不能完全聚于两板,所以两板间得电势差偏小,导致霍尔电压偏小。
实验所需仪器
YB17３2A 5A直流稳压电源 1个
WD ９９０ A微机电源１个
HT－30Ｂ开关电源 1个
VC9８0Ａ+数字万用表 1个
VＣ９８０７A四位半数字万用表1个
螺线管1个
AN5０3霍尔元件 1个
面包板1块
导线若干
CＡ31４0运算放大器2个
1K可调电阻 2个
10K可调电阻１个
０、51K电阻２个
100k电阻 5个
10K电阻 2个
个人总结
为期两周得课程设计很快进入最后阶段,此次课程设计就就是我们第一次真正得感受我们得专业课，第一次自己动手设计,制作试验器件。这次课程设
计让我学会了很多东西，从学习态度到知识得掌握，再到问题得解决。我们平时所掌握得知识都就就是分别从各科目课本上学习所得，从来没有系统得把所学知识联系、应用起来,更不曾得知实践与理想值之间得差距。
此次课程设计得课时安排就就是1０天,我们小组用第１天去总体设计电路与搭建基本得电路框架，接下来得3天我们都在不断得修改我们得电路,因为我们发现按照最初得思路制作得电路根本得不到预期得结果。由此,我深刻得体会到课本知识得重要性，有时就就就是因为忽视了书本上提到得一个条件或者就就是一句话就会导致结果上很大得偏差。同时，我也懂得了一句话——尽信书则不如无书,书本上得知识就就是我们理解一门学科得基础也就就是我们实践得依据,但现实远非课本上得那么多理想情况，没有完全相等得电阻，也没有不漂移得电路。凡事都要在认识得基础上去亲身实践,只有把理论付诸于行动才能得到最好得理解。
致谢
此次课程设计就就是我们6个人得小组在老师得指导下共同完成得。
在此，我首先感谢老师得指导与帮助,我们最终能圆满完成设计任务离不开鲍老师平时得教导与实践时耐心得指导与讲解。鲍老师在上课时经常教育我们凡事要有前因后果,要有合理依据，要循序渐进,这些思想在此次课程设计中都得到了良好得验证，也教会了我们正确得对待学习与任务得态度，这将对我们将来参加工作产生长远得影响。
其次,感谢同组同学得团结协助,每一步得成功都离不开本组所有同学得共同研究与探讨,这种团结合作得精神必然会带来更大得收获。
最后，感谢系里老师给我们安排了这个实践环节，也感谢学院为我们提供了良好得实验环境。就就是这两方面得原因保证了我们能够顺利得完成这次课程设计,锻炼了我们得实践能力与分析问题解决得技能。
参考文献
[1] 赵负图,传感器集成电路手册,化学工业出版社,2002、4
［2] 李道华,李玲,朱艳,传感器电路分析与设计,武汉大学出版社，20０0、3
[3] 梁瑞林,传感器实用电路设计与制作,科学出版社，20０5、4 参考网址
[1]
[2] ７f524cｃbff121847a、htｍｌ
[3] ２f３b44３６ａ32d737５a4１7801e、ｈｔml
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U H＝K H IB，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V o1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。
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9－2
（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=0.9136 Δm =Y-0.89=0.0236V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=1.256% 当x=3mm时: Y=-0.9354×3+1.849=-0.9572V Δm =Y-（-0.94）=-0.0172V yFS=1.88V δf =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。
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目霍尔传感器小车测速
摘要 对车速测量，利用霍尔传感器工作频带宽、响应速度快、测量精度高的特性结合单片机控制电路，设计出了一种新型的测速系统，实现了对脉冲信号的精确、快速测量，硬件成本低，算法简单，稳定性好。霍尔传感器测量电路设计、显示电路设计。测量速度的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴没转一周，产生一定量的脉冲个数，有霍尔器件电路部分输出幅度为12 V 的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5 V 转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。在显示电路设计中，实现LED上直观地显示车轮的转数值。与软件配合，实现了显示、报警功能 关键词：单片机AT89C51 传感器 LED 仿真
目录 一、设计目的------------------------- 1 二、设计任务与要求--------------------- 1 2.1设计任务------------------------- 1 2.2设计要求------------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 3 3.3设计原理分析--------------------- 10 四、课程设计小结与体会 ---------------- 11 五、参考文献------------------------- 11
一、设计目的 通过《传感器及检测技术》课程设计，使学生掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 用霍尔元件设计测量车速的电子系统，通过对霍尔元件工作原理的掌握实现对车速测量的应用，设计出具体的电子系统电路，并且能够完成精确的车速测量。 二、设计内容及要求 2.1设计任务 霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 功能：1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 2.2设计要求 设计要求首先选定传感器，霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。其次设计一个单片机小系统，掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。再次实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。 三、设计步骤及原理分析 3.1 设计方法 3.1．1 霍尔效应 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生
霍尔效应及其应用实验 (FB510A型霍尔效应组合实验仪)（亥姆霍兹线圈、螺线管线圈） 实 验 讲 义 长春禹衡时代光电科技有限公司
实验一 霍尔效应及其应用 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。 【实验目的】 1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。 2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的S H I ~V 和M H I ~V 曲线。 3．确定试样的导电类型。 【实验原理】 1．霍尔效应： 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。如图1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样A A '- 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图1（a ）所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。即有 ) (P 0)Y (E )(N 0)Y (E H H 型型?>?< 显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H E e ?
一种霍尔电流传感器的电路设计 设计了一种零磁通型霍尔电流传感器，可广泛应用于交流变频驱动、焊接电源、开关电源、不间断电源等领域。该零磁通型霍尔电流传感器通过砷化镓霍尔元件检测由通电电流产生的磁场，继而有效地检测被测电流。 由于霍尔元件产生的霍尔电势很微弱，而且还存在较大的失调电压，因此对霍尔电压的放大和对不等位电势的补偿是该设计的两个主要需要解决的问题，而且霍尔元件中载流子浓度等随温度变化而变化，因此还需用温度补偿电路对其温度补偿。 1 系统设计框架 系统分为4个部分：1)霍尔元件的供电电路，由电压基准(电流基准)芯片为霍尔片提供工作电流； 2)霍尔元件及磁芯，将感应片感应的磁场(该磁场由通电电流产生)转化为霍尔电压；3)放大电路，将微弱的霍尔电压进行放大；4)反馈部分，利用了磁平衡原理：一次侧电流所产生的磁场，通过二次线圈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。其系统总流程图如图1所示。 2 系统硬件电路设计 系统由±5 V的稳压源供电。用一片电压基准芯片REF3012为砷化镓系列的霍尔元件HW300B提供基准电压。HW300B是一款可采用电压模式供电和电流模式供电的霍尔元件，HW300B放在开有气隙的集磁环的气隙里，并用胶水加以固定(霍尔元件和集磁环相对位置如果发生变化，会影响产生的霍尔电势的大小)。霍尔元件的输出接至仪器放大器AD620，作为放大器的差模出入端和共模输入端。放大器的增益可通过调节1、8引脚之间的10 kΩ的电位器改变。放大器的输出接反馈线圈，该反馈线圈绕在集磁环上，其绕线方向能使通过它的电流产生的磁场与集磁环收集到的磁场方向相反。反馈线圈末端放1个75 kΩ的精阻接地，可以通过测量精阻两端的电压，计算反馈线圈中的电流，进而推算穿过集磁环中心的被测电流的大小。其具体电路图如图2所示。 2．1 REF3012 以SOT23-3封装的REF3012是一个高精度、低功耗、低电压差电压参考系列芯片。REF3012小尺寸和低功耗(最大50μA)非常适用于便携式和电池供电。它不需要负载电容，但对任何容性负载很稳定。因磁敏型霍尔元件很容易受温度的影响，可以采用恒流源供电以减小其温度系数。在该系统设计中，REF3012的输入引脚1接+5 V电源，并接10μF的旁路电容至地，该旁路电容对电源进行滤波，提高电源稳定性。而其输出引脚2接到HW300B的引脚1，并且也接1O μF的旁路电容至地，GND(地)引脚3接地。由于系统设计要求REF3012为HW300B提供2．5 V的基准电压，根据REF3012的数据资料可知，当输入电压为5 V 时，输出电压为2．5 V，所以REF3012引脚1接+5 V电压。 2．2 霍尔元件 本设计采用砷化镓系列的HW300B型霍尔元件，输出霍尔电压范围122～204mV，输入、输出阻抗为240～550 Ω，补偿电压为-7～7 mV，温度系数为-1．8％／℃。其输入可采用电压模式供电，也可采用电流模式供电。这里采用电压模式供电，即就是HW300B的引脚1、3为控制输入端，而引脚2、4为霍尔电压输出端。 霍尔元件是将磁场转换为电信号的线性磁敏元件，霍尔输出电压 式中，S为乘积灵敏度，mV／(mT·mA)；Ic为工作电流，mA；B为磁感应强度，mT。 本设计中，将霍尔元件放进开有气隙的集磁环的气隙里，并将霍尔元件和集磁环固定，这样可以感应出更大、更稳定的霍尔电势。式(1)中，当S与Ic一定，则Vh与B有直接线性关系。通电导体周围必然产生磁场，根据安培定律，电流与磁场的关系式∮BdI=μ0I0得：
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：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19—1所示。当被测圆盘上装上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，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2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为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后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(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 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后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计
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课程设计报告 设计题目基于霍尔式传感器的电子秤 指导老师 摘要 科学技术的发展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤有很大局限性。这些电子秤体积大、成本高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携秤又大都采用杆式秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤等，其计量误差大，又容易损坏。杆式秤和弹簧秤等计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。 本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。 关键词：CSY传感器实验仪；电子秤；霍尔式传感器；差动放大器
目录 第一章绪论 (1) 1.1 电子秤概述 (1) 1.1.1 电子秤的发展 (1) 1.2 电子秤的组成 (2) 1.2.1 电子秤的基本结构 (2) 1.2.2 电子秤的基本工作原理 (2) 第二章电子秤设计的目的意义及设计任务与要求 (4) 2.1 电子秤设计目的 (4) 2.2 此课程在教学计划中的地位和作用 (4) 2.3 电子秤设计任务与要求 (4) 2.3.1 设计任务 (4) 2.3.2 设计要求 (4) 第三章电子秤总体设计方案 (5) 3.1 电子秤设计思想 (5) 3.2各电路单元或部件选择 (6) 3.2.1 直流稳压电源的选择 (6) 3.2.2 电桥平衡网络的选择 (6) 3.2.3 称重传感器的选择 (6) 3.2.4 差动放大器的选择 (9) 3.2.5 F/V表的选择 (9) 3.3 最终方案的确定 (10) 第四章硬件设计 (11) 4.1 硬件设计概要 (11) 4.1.1 硬件电路设计原理说明及电路图 (11)
霍尔效应测磁场 霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。1879 年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象， 故称霍尔效应。后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属 的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。随着半导体材料和制造工艺的发展，人 们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发 展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。在电 流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。近年来，霍尔效应实验不断有新发现。1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。 在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。 【实验目的】 1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 2．测绘霍尔元件的V H—Is，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B之间的关系。 3．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。 4．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 【实验原理】 霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在 磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电 粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种 偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正 负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电 场。如图13-1所示，磁场B位于Z的正向，与 之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称 为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材 料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。 由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线 箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。 与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加，f E增大，当两力大小相等（方向相反）时，f L=－f E，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H，相应的电势差称为霍尔电势V H。 设电子按均一速度v，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为：
佛山职业技术学院实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级 08152 学号 31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期 指导老师张教雄谢应然 项目名称霍尔传感器电路制作与 调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
霍尔传感器原理图： 霍尔开关电路（霍尔数字电路），由三 端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119， 三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输 入运放TL082和输出级组成。在外磁场的作 用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路 输出管导通，输出低电平 TL082是一通用的J-FET双运用算放大 器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电 流，输出没有短路保护，输入级具有较高的 输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压 摆率。最大工作电压为18V。TL082是霍尔传 感器的核心处理部位。（CON2接口对应霍尔 元件THS119） 霍尔元件THS119封装图
印刷板： 3211 2 2 12 121 2121 21 21212 1 21 2 1 4321 1234 8 7653213 211 2321 121 2 1212 直流电源输入24V ，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN 型三极管来串接一个电阻来等效代替。 整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。主要的设计是RT1热敏电阻，对电路在工作时的表面温度进行控制。这样的设计能很好的起到一个自我保护。 因为我们知道，霍尔传感器的PCB 板是封装在塑料外壳里，由于电路的工作环境的问题，导致电路几乎没有更好的散热（外壳有些导热）。至此，用到RT1热敏电阻来进行温度控制保护显得非常合理。 三、实验操作（焊接）： 1.霍尔传感器PCB 双层印制电路板的焊接。 2.了解电路的元件的安排和电路设计线路的排版。
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
华南师范大学实验报告 学生姓名 学 号 专 业 化学 年级、班级 课程名称 物理实验 实验项目 用霍尔效应测量螺线管磁场 实验类型 □验证 □设计 □综合 实验时间 2012 年 3 月 07 实验指导老师 实验评分 一、 实验目的： 1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。 2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。 二、 实验原理： 根据电磁学毕奥－萨伐尔定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 2 2 M D L I N B +??μ= 中心 （1） 理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁 感应强度的1/2： 2 2M D L I N 21B 21B +??μ? ==中心端面 （2） 式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7 (T ·m/A)，N 为螺线管的总匝数，I M 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D 为螺线管的平均直径。 三、 实验仪器： 1．FB510型霍尔效应实验仪 2．FB510型霍尔效应组合实验仪（螺线管） 四、 实验内容和步骤： 1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合实验仪（螺线管）正确连接。把励磁电流接到螺线 管I M 输入端。把测量探头调节到螺线管轴线中心，即刻度尺读数为13.0cm 处，调节恒流源2,使I s =4.00mA ，按下(V H /V s )（即测V H ），依次调节励磁电流为I M =0~±500mA ，每次改变±50mA, 依此测量相应的霍尔电压，并通过作图证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2. 放置测量探头于螺线管轴线中心，即1 3.0cm 刻度处，固定励磁电流±500mA ，调节霍尔工作电流为：I s =0~ ±4.00mA ，每次改变±0.50mA ，测量对应的霍尔电压V H ，通过作图证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。 3. 调节励磁电流为500mA ，调节霍尔电流为 4.00mA ，测量螺线管轴线上刻度为X =0.0cm~13.0cm ，每次移动 1cm ，测各位置对应的霍尔电势差。(注意,根据仪器设计,这时候对应的二维尺水平移动刻度读数为：13.0cm 处为螺线管轴线中心，0.0cm 处为螺线管轴线的端面，找出霍尔电势差为螺线管中央一半的数值的刻度位置。与理论值比较，计算相对误差。按给出的霍尔灵敏度作磁场分布B ~X 图。) 五、 注意事项： 图1
浅谈霍尔电流传感器ACS785/ACS712系列电流检测方式 浅谈电流检测方式 一、检测电阻+运放 优势：成本低、精度较高、体积小 劣势：温漂较大，精密电阻的选择较难，无隔离效果。 分析： 这两种拓扑结构，都存在一定的风险性，低端检测电路易对地线造成干扰；高端检测，电阻与运放的选择要求高。检测电阻，成本低廉的一般精度较低，温漂大，而如果要选用精度高的，温漂小的，则需要用到合金电阻，成本将大大提高。运放成本低的，钳位电压低，而特殊工艺的，则成本上升很多。 二、电流互感器CT/电压互感器PT 在变压器理论中，一、二次电压比等于匝数比，电流比为匝数比的倒数。而CT 和PT 就是特殊的变压器。基本构造上，CT 的一次侧匝数少，二次侧匝数多，如果二次开路，则二次侧电压很高，会击穿绕阻和回路的绝缘，伤及设备和人身。PT 相反，一次侧匝数多，二次侧匝数少，如果二次短路，则二次侧电流很大，使回路发热，烧毁绕阻及负载回路电气。 CT,电流互感器，英文拼写Current Transformer，是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A 或1A 的变换设备。它的工作原理和变压器相似。也称作TA 或LH（旧符号）. 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压回路串联，只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。 2、二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。 3、CT 二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。 4、变换的准确性。 PT，电压互感器，英文拼写Phase voltage Transformers，是将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V 的变换设备。电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。也称作TV 或YH（旧符号）。 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压电路并联。 2、二次绕组不允许短路（短路电流烧毁PT）,装有熔断器。 3、二次绕组有一点直接接地。 4、变换的准确性
实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基教1108 实验日期 20 年 月 日 时段 同组同学 指导教师 一、实验目的（请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容，然后充分阅读实验报告！） 1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。 3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。 4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。 二、实验仪器 FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连接导线（4红，4黑）若干组成。其仪器装置如图1所示。 图1 新型螺线管磁场测定仪仪器装置 三、实验原理 把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B 中，如图2所示，当沿AA ′方向（Y 轴方向）通过电流I 时，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力f B 的作用而发生偏转。从而在DD ′间产生电位差U H ，这一现象称为 ，这个电位差称为 。
由电磁理论可得： U H ＝ （1） 式中，K H ＝ ned 1 称为霍尔元件的灵敏度，n 为载流子浓度，e 为载流子电荷电量，d 为半导体薄片厚度。 虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但实际中，在产生霍尔效应的同时，还伴随着几个副效应，它们分别是 ； ； ； 。所以用数字电压表测时U H 并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。 随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍尔传感器，它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。对SS95A 型集成霍尔传感器，它有三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”，“V out ”和“V -”构成“电压输出端”。由于SS95A 型集成霍尔传感器，它的工作电流已设定，被称为标准工作电流，使用传感器时，必须使工作电流处在该标准状态。在实验时，只要在磁感应强度为零(零磁场)条件下，调节“V +”、“V -”所接的“霍尔片工作电压”调节旋钮，使霍尔片传感器输出电压为2.500V(在数字电压表上显示)，则传感器就可处在标准工作状态之下。 图3 95A 型集成霍尔元件内部结构图 图2 霍耳效应原理图
吉林建筑工程学院 电气与电子信息工程学院 传感器及检测技术课程设计报告 设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 专业班级： 电子信息科学与技术081班 学生姓名： 赵越 学 号： 10308105 指导教师： 王 超 吴鹤君 设计时间： 2011.12.12－2011.12.23 目 录 教师评语： 成绩 评阅教师 日期
1 绪论 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2方案分析论证 (1) 2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计 (2) 2.1电机转速测量系统的硬件电路设计 (2) 2.2霍尔传感器测量电路设计 (4) 2.3单片机AT89C51 (8) 2.4显示电路设计 (11) 2.5系统软件设计 (14) 3 系统仿真和调试 (16) 3.1Proteus软件 (16) 3.2硬件调试 (17) 3.3软件调试 (19) 3.4软硬件联调 (19) 4 结论 (21) 参考文献 (22) 附录硬件实物图 (23)
1 绪论 1.1 设计任务 1.1.1课程设计目的： 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 1.1.2课程设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 1.1.3 课程设计内容： 1、霍尔元件测速系统设计 霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 1.2 方案分析论证 1.2.1 霍尔测速模块论证与选择 方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。 方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为12～15V。体积较大，价格昂贵。 因此选择方案一。 1.2.2 单片机模块论证与选择 方案一：采用型号为AT89C51的单片机作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。AT89C51是带4K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案[3]。
实验16用霍尔效应法测量磁场 在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范 围可从~10 15-3 10T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。 一般地，霍尔效应法用于测量10~104 -T 的磁场。此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。 用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。 【实验目的】 1. 了解霍尔效应产生的机理。 2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。 3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。 4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。 【仪器用具】 TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。 【实验原理】 1. 霍尔效应产生的机理 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。 霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图1-1（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受到洛仑兹力大小为： evB F g =（1-1） 则在Y 方向，在试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型，对N 型半导体试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型半导体试样，霍尔电场则沿Y 方向，即有： 当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 逆Y 正方向的试样是N 型半导体。
课程设计报告书
2.概述 2.1系统组成框图 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。本课题采用的是以8051系列的A T89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。系统硬件原理框图如图1所示： 图1 系统框图 2.2系统工作原理 转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。
2.2.1霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz ，额定电压为5-30（V ）、检测距离为10（mm ）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V ，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N 极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm 处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2.2.2转速测量原理 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l 、b 、d 。若在垂直于薄片平面（沿厚度 d ）方向施加外磁场B ，在沿l 方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：qVB f = 式中：f —洛仑磁力， q —载流子电荷， V —载流子运动速度， B —磁感应强度。 这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差H U 称为霍尔电压。 霍尔电压大小为： H U H R =d B I /??(mV) 式中：H R —霍尔常数， d —元件厚度，B —磁感应强度， I —控制电流 设 H K H R =d /, 则H U =H K d B I /??(mV) H K 为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和 单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度B 反向时，霍尔电动势也反向。图2为霍耳元件的原理结构图。
目录 一、课程设计目的与要求 (2) 二、元件介绍 (3) 三、课程设计原理 (6) 3.1霍尔效应 (6) 3.2测磁场的原理,载流长直螺线管内的磁感应强度 (8) 四、课程设计内容 (10) 4.1电路补偿调节 (10) 4.2失调电压调零 (10) 4.3按图4-3接好信号处理电路 (10) 4.4按图4-4接好总测量电路 (11) 4.5数据记录与处理 (12) 4.6数据拟合 (14) 五、成品展示 (16) 六、分析与讨论 (17) 实验所需仪器 (19) 个人总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22) 参考网址 (22)
一、课程设计目的与要求 1.了解霍尔传感器的工作原理 2.掌握运用霍尔传感器测量磁场的方法
二、元件介绍 CA3140 CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该CA3140A和CA3140 BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极（PMOS上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。操作电源电压从4V至36V（无论单或双电源),它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.(互补对称金属氧化物半导体)卓越性能的运放。 应用范围: .单电源放大器在汽车和便携式仪表 .采样保持放大器 .长期定时器 .光电仪表 .探测器 .有源滤波器 .比较器 .TTL接口 .所有标准运算放大器的应用 .函数发生器 .音调控制 .电源 .便携式仪器
3503霍尔元件 UGN3503LT，UGN3503U和UGN3503UA霍尔效应传感器准确地跟踪磁通量非常小的变化，密度变化通常太小以致不方便操作霍尔效应开关。 可作为运动探测器，齿传感器和接近探测器，磁驱动机械事件的镜像。作为敏感电磁铁的显示器，就可以有效地衡量一个系统的负载量可以忽略不计的性能，同时提供隔离污染和电气噪声。 每个霍尔效应集成电路包括一个霍尔传感元件，线性放大器和射极跟随器输出级。 三种封装形式提供了对磁性优化包大多数应用程序。封装后缀“LT”是一个缩影SOT-89/TO243AA表面贴装应用的晶体管封装;后缀“U”是一个微型三引脚塑料SIP，而'UA'是一个三引脚超小型SIP协议。所有器件的额定连续运行温度范围为-20 °C至+85°C。 特点: ·极为敏感 ·至23 kHz的平坦的响应Array·低噪声输出 ·4.5 V至6 V的操作 ·磁性优化装箱 图2-4 3503霍尔元件封装及引脚图
实验16 用霍尔效应法测量磁场 在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场 的范围可从~1015-3 10T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效 应等。常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。 一般地，霍尔效应法用于测量10~104 -T 的磁场。此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。 用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。 【实验目的】 1. 了解霍尔效应产生的机理。 2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。 3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。 4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。 【仪器用具】 TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。 【实验原理】 1. 霍尔效应产生的机理 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。 霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产