霍尔传感器、磁性传感器原理图PCB图及例程
霍尔传感器使用说明书
简要说明：
一、长尺寸：32mm X宽11mm X高20mm
二、主要芯片：LM393、3144霍尔传感器
三、工作电压：直流5伏
四、特点：
1、具有信号输出指示。
2、单路信号输出。
3、输出有效信号为低电平。
4、灵敏度可调（精调）。
5、有磁场切割就有信号输出
6、电路板输出开关量！(可直接接单片机)
7、可用于电机测速/位置检测等场合
适用场合：单片机学习、电子竞赛、产品开发、毕业设计。。。
【图片展示】
【与单片机连接测试程序】
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汇诚科技
实现功能:此版配套测试程序
使用芯片：AT89S52
晶振：11.0592MHZ
波特率：9600
编译环境：Keil
作者：zhangxinchun
淘宝店：汇诚科技
【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！
*********************************************************************/ /******************************************************************** 说明：1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平
*********************************************************************/ #include
#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型
#define uint unsigned int //宏定义无符号整型
/********************************************************************
I/O定义
*********************************************************************/ sbit LED=P1^0; //定义单片机P1口的第1位（即P1.0）为指示端
sbit DOUT=P2^0; //定义单片机P2口的第1位（即P2.0）为传感器的输入端/********************************************************************
延时函数
*********************************************************************/ void delay()//延时程序
{
uchar m,n,s;
for(m=20;m>0;m--)
for(n=20;n>0;n--)
for(s=248;s>0;s--);
}
/********************************************************************
主函数
*********************************************************************/ void main()
{
while(1) //无限循环
{
LED=1; //熄灭P1.0口灯
if(DOUT==0)//当浓度高于设定值时，执行条件函数
{
delay();//延时抗干扰
if(DOUT==0)//确定浓度高于设定值时，执行条件函数
{
LED=0; //点亮P1.0口灯
}
}
}
}
/********************************************************************
结束
*********************************************************************/
【与单片机连接测速参考程序】
/********************************************************************
汇诚科技
实现功能: 电机转速表设计
使用芯片：AT89S52
晶振：11.0592MHZ
波特率：9600
编译环境：Keil
作者：zhangxinchun
【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！#include
#include
sbit RS=P2^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚
sbit RW=P2^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚
sbit E=P2^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚
sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚unsigned char code digit[ ]={"0123456789"}; //定义字符数组显示数字unsigned int v; //储存电机转速
unsigned char count; //储存定时器T0中断次数
bit flag; //计满1秒钟标志位
/*****************************************************
函数功能：延时1ms
(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒
***************************************************/
void delay1ms()
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<10;i++)
for(j=0;j<33;j++)
;
}
/*****************************************************
函数功能：延时若干毫秒
入口参数：n
***************************************************/
void delay(unsigned char n)
{
unsigned char i;
for(i=0;i delay1ms(); } /***************************************************** 函数功能：判断液晶模块的忙碌状态 返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙 ***************************************************/ unsigned char BusyTest(void) { bit result; RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态 RW=1; E=1; //E=1，才允许读写 _nop_(); //空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; //将忙碌标志电平赋给result E=0; //将E恢复低电平 return result; } /***************************************************** 函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块 入口参数：dictate ***************************************************/ void WriteInstruction (unsigned char dictate) { while(BusyTest()==1); //如果忙就等待 RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令RW=0; E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" _nop_(); _nop_(); //空操作两个机器周期，给硬件反应时间 P0=dictate; //将数据送入P0口，即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; //E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令} /***************************************************** 函数功能：指定字符显示的实际地址 入口参数：x ***************************************************/ void WriteAddress(unsigned char x) { WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x" } /***************************************************** 函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块 入口参数：y(为字符常量) ***************************************************/ void WriteData(unsigned char y) { while(BusyTest()==1); RS=1; //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据 RW=0; E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" P0=y; //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; //E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 } /***************************************************** 函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置 ***************************************************/ void LcdInitiate(void) { delay(15); //延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间WriteInstruction(0x38); //显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口 delay(5); //延时5ms，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38); delay(5); WriteInstruction(0x38); //连续三次，确保初始化成功 delay(5); WriteInstruction(0x0c); //显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁 delay(5); WriteInstruction(0x06); //显示模式设置：光标右移，字符不移 delay(5); WriteInstruction(0x01); //清屏幕指令，将以前的显示内容清除 delay(5); } /****************************************************************************** 函数功能：显示速度提示符 ******************************************************************************/ void display_sym(void) { WriteAddress(0x00); //写显示地址,将在第1行第1列开始显示 WriteData('v'); //将字符常量v写入LCD WriteData('='); //将字符常量=写入LCD } /****************************************************************************** 函数功能：显示速度数值 ******************************************************************************/ void display_val(unsigned int x) { unsigned char i,j,k,l; //j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位 i=x/1000; //取千位 j=(x%1000)/100; //取百位 k=(x%100)/10; //取十位 l=x%10; //取个位 WriteAddress(0x02); //写显示地址,将在第1行第3列开始显示 WriteData(digit[i]); //将千位数字的字符常量写入LCD WriteData(digit[j]); //将百位数字的字符常量写入LCD WriteData(digit[k]); //将十位数字的字符常量写入LCD WriteData(digit[l]); //将个位数字的字符常量写入LCD } /******************************************************* 函数功能：显示速度单位“r/min” ********************************************************/ void display_unit(void) { WriteAddress(0x06); //写显示地址,将在第2行第7列开始显示 WriteData('r'); //将字符常量r写入LCD WriteData('/'); //将字符常量/写入LCD WriteData('m'); //将字符常量m写入LCD WriteData('i'); //将字符常量i写入LCD WriteData('n'); //将字符常量n写入LCD } /******************************************************* 函数功能：主函数 ********************************************************/ void main(void) { LcdInitiate(); //调用LCD初始化函数 TMOD=0x51; //定时器T1工作于计数模式1，定时器T0工作于计时模式1； TH0=(65536-46083)/256; //定时器T0的高8位设置初值，每50ms产生一次中断 TL0=(65536-46083)%256; //定时器T0的低8位设置初值，每50ms产生一次中断 EA=1; //开总中断 ET0=1; //定时器T0中断允许 TR0=1; //启动定时器T0 count=0; //将T0中断次数初始化为0 display_sym(); //显示速度提示符 display_val(0000); //显示器工作正常标志 display_unit(); //显示速度单位 while(1) //无限循环 { TR1=1; //定时器T1启动 TH1=0; //定时器T1高8位赋初值0 TL1=0; //定时器T1低8位赋初值0 flag=0; //时间还未满1分钟 while(flag==0) //时间未满等待 ; v=(TH1*256+TL1)*60/16; //计算速度，每周产生16个脉冲 display_val(v); //显示速度 } } /******************************************************* 函数功能：定时器T0的中断服务函数 ********************************************************/ void Time0(void ) interrupt 1 using 1 //定时器T0的中断编号为1，使用第1组工作寄存器 { count++; //T0每中断1次，count加1 if(count==20) //若累计满20次，即计满1秒钟 { flag=1; //计满1秒钟标志位置1 count=0; //清0，重新统计中断次数 } TH0=(65536-46083)/256; //定时器T0高8位重新赋初值 TL0=(65536-46083)%256; //定时器T0低8位重新赋初值 } /******************************************************************** 结束 *********************************************************************/ /******************************************************************** 汇诚科技 实现功能:传感器判断程序 使用芯片：AT89S52 晶振：11.0592MHZ 波特率：9600 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun *********************************************************************/ /******************************************************************** *************************程序说明************************************ 1、VCC接电源正极 2、GND接电源负极 3、OUT接单片机P2.0口 功能简介：当传感器接收到信号时，传感器输出低电平，单片机IO口P2.0检测到信号后，单片机IO口P1.0输出低电平 *********************************************************************/ #include #define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型 #define uint unsigned int //宏定义无符号整型 /******************************************************************** I/O定义 *********************************************************************/ sbit LED=P1^0; //定义单片机P1口的第1位（即P1.0）为指示端 sbit OUT=P2^0; //定义单片机P2口的第1位（即P2.0）为传感器输出信号的输入端 /******************************************************************** 主函数 *********************************************************************/ void main() { while(1) //无限循环 { LED=1; //熄灭P1.0口灯 if(OUT==0)//当传感器检测到磁场时，执行条件函数 { LED=0; //点亮P1.0口灯 while(!OUT); } } } /******************************************************************** 结束 *********************************************************************/ /******************************************************************** 实现功能:霍尔传感器计数应用仿真程序 使用芯片：AT89S52 晶振：11.0592MHZ 波特率：9600 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun *********************************************************************/ /******************************************************************** *************************程序说明************************************ 1、VCC接电源正极 2、GND接电源负极 3、OUT接单片机P3.2口 4、共阳数码管 功能简介： 当传感器检测到磁场信号时，传感器输出信号由高电平跳变到低电平 输出，单片机IO口P3.2检测到信号后，数码管显示P3.2口输入的计数。 *********************************************************************/ #include #define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型 #define uint unsigned int //宏定义无符号整型 /******************************************************************** 初始定义 *********************************************************************/ code uchar seg7code[10]={ 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //显示段码数码管字跟 uchar wei[4]={0XEf,0XDf,0XBf,0X7f}; //位的控制端 uint display_date; uint dispcount; /******************************************************************** 延时函数 *********************************************************************/ void delay(uchar t) { uchar i,j; for(i=0;i { for(j=13;j>0;j--); { ; } } } /******************************************************************** 显示函数 *********************************************************************/ void Led(int date) //显示函数 { /*****************数据转换*****************************/ uint z,x,c,v; z=date/1000; //求千位 x=date%1000/100; //求百位 c=date%100/10; //求十位 v=date%10; //求个位 P2=0XFF; P0=seg7code[z]; P2=wei[0]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[x]; P2=wei[1]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[c]; P2=wei[2]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[v]; P2=wei[3]; delay(80); P2=0XFF; } /************************************************************************* 中断函数外部中断0 **************************************************************************/ void ExtInt0() interrupt 0 //中断服务程序 { dispcount++; //每按一次中断按键，计数加一 if (dispcount==9999) //计数范围0-9999 {dispcount=0;} } /******************************************************************** 主函数 *********************************************************************/ void main() { { TCON=0x01; //中断设置 IE=0x81; while(1) { display_date=dispcount; //定义并赋值要显示的数据 Led(display_date);//调用显示函数显示数据display_date } } } /******************************************************************** 结束 *********************************************************************/ /******************************************************************** 实现功能:霍尔传感器测量电机每分钟转的圈数应用仿真程序 使用芯片：AT89S52 晶振：11.0592MHZ 波特率：9600 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun *********************************************************************/ /******************************************************************** *************************程序说明************************************ 1、VCC接电源正极 2、GND接电源负极 3、OUT接单片机P3.5口 4、共阳数码管 功能简介： 当传感器检测到磁场信号时，传感器输出信号由高电平跳变到低电平 输出，单片机记录电机每秒转的圈数，然后乘以60计数出每分钟的圈数。 *********************************************************************/ #include #define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型 #define uint unsigned int //宏定义无符号整型 /******************************************************************** 初始定义 *********************************************************************/ code uchar seg7code[10]={ 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //显示段码数码管字跟 uchar wei[4]={0XEf,0XDf,0XBf,0X7f}; //位的控制端 uint display_date; uint dispcount; bit flag; //计满1秒钟标志位 unsigned int v; //储存电机每分钟的圈数 unsigned char count; //储存定时器T0中断次数 /******************************************************************** 延时函数 *********************************************************************/ void delay(uchar t) { uchar i,j; for(i=0;i { for(j=13;j>0;j--); { ; } } } /******************************************************************** 显示函数 *********************************************************************/ void Led(int date) //显示函数 { /*****************数据转换*****************************/ uint z,x,c,v; z=date/1000; //求千位 x=date%1000/100; //求百位 c=date%100/10; //求十位 v=date%10; //求个位 P2=0XFF; P0=seg7code[z]; P2=wei[0]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[x]; P2=wei[1]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[c]; P2=wei[2]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[v]; P2=wei[3]; delay(80); P2=0XFF; } /******************************************************* 函数功能：主函数 ********************************************************/ void main(void) { TMOD=0x51; //定时器T1工作于计数模式1，定时器T0工作于计时模式1； TH0=(65536-46083)/256; //定时器T0的高8位设置初值，每50ms产生一次中断TL0=(65536-46083)%256; //定时器T0的低8位设置初值，每50ms产生一次中断EA=1; //开总中断 ET0=1; //定时器T0中断允许 TR0=1; //启动定时器T0 count=0; //将T0中断次数初始化为0 TR1=1; //定时器T1启动 TH1=0; //定时器T1高8位赋初值0 TL1=0; //定时器T1低8位赋初值0 while(1) //无限循环 { display_date=dispcount; //定义并赋值要显示的数据 Led(display_date);//调用显示函数显示数据display_date } } /******************************************************* 函数功能：定时器T0的中断服务函数 ********************************************************/ void Time0(void ) interrupt 1 using 1 //定时器T0的中断编号为1，使用第1组工作寄存器{ count++; //T0每中断1次，count加1 if(count==20) //若累计满20次，即计满1秒钟 { v=(TH1*256+TL1)*60/8; //计算每分钟圈数，每周产生8个脉冲（记录1秒钟的信号数，乘以60秒即，每分钟的脉冲数，由于电机转一周输入八个信号，除以8即测出每分钟的圈数） /*********注意上一行的8,是电机转盘一周的磁铁数量，如果只有一个磁铁就改成1，如果16个就改成16，磁铁越多精度越高。********/ count=0; //清0，重新统计中断次数 dispcount=v; //将圈数值赋予显示函数 TH1=0; //定时器T1高8位赋初值0 TL1=0; //定时器T1低8位赋初值0 } TH0=(65536-46083)/256; //定时器T0高8位重新赋初值 TL0=(65536-46083)%256; //定时器T0低8位重新赋初值 } /******************************************************************** 结束 *********************************************************************/ /******************************************************************** 实现功能:霍尔传感器测量电机每分钟转的圈数应用仿真程序 使用芯片：AT89S52 晶振：11.0592MHZ 波特率：9600 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun *********************************************************************/ /******************************************************************** *************************程序说明************************************ 1、VCC接电源正极 2、GND接电源负极 3、OUT接单片机P3.5口 4、共阳数码管 功能简介： 当传感器检测到磁场信号时，传感器输出信号由高电平跳变到低电平 输出，单片机记录电机每秒转的圈数，然后乘以60计数出每分钟的圈数。 *********************************************************************/ #include #include sbit RS=P2^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚 sbit RW=P2^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚 sbit E=P2^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚 sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚 unsigned char code digit[ ]={"0123456789"}; //定义字符数组显示数字 unsigned int v; //储存电机转速 unsigned char count; //储存定时器T0中断次数 bit flag; //计满1秒钟标志位 /***************************************************** 函数功能：延时1ms (3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒 ***************************************************/ void delay1ms() { unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i++) for(j=0;j<33;j++) ; } /***************************************************** 函数功能：延时若干毫秒 入口参数：n ***************************************************/ void delay(unsigned char n) { unsigned char i; for(i=0;i delay1ms(); } /***************************************************** 函数功能：判断液晶模块的忙碌状态 返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙 ***************************************************/ unsigned char BusyTest(void) { bit result; RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态 RW=1; E=1; //E=1，才允许读写 _nop_(); //空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; //将忙碌标志电平赋给result E=0; //将E恢复低电平 return result; } /***************************************************** 函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块 入口参数：dictate ***************************************************/ void WriteInstruction (unsigned char dictate) { while(BusyTest()==1); //如果忙就等待 RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令RW=0; E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" _nop_(); _nop_(); //空操作两个机器周期，给硬件反应时间 P0=dictate; //将数据送入P0口，即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; //E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令} 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第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 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）： 实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电 半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。 半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。 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 一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控 制电流I C ，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔 器件输出的电压讯号U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。 3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 1 。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串 联一个限流电阻R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。 实验一 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U H ＝K H IB ，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kx U H ，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9－1 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时什么量的变化？ 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。 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。 两种霍尔传感器的工作原理 霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的.它有两种工作方式,即磁平衡式和直式.霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、(次级线圈)和放大电路等组成. 1 直放式电流传感器(开环式) 众所周知,当电流通过一根长导线时,在导线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出.这一信号经信号放大器放大后直接输出,一般的额定输出标定为4V. 2 磁平衡式电流传感器(闭环式) 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈,电流所产生的磁场进行补偿,从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 磁平衡式电流传感器的具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上,所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流Is.这一电流再通过多匝绕组产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出逐渐减小.当与I H与匝数相乘与“原边电流与匝数相乘”所产生的磁场相等时, I H不再增加,这时的霍尔器件起指示零磁通的作用,此时可以通过I H来平衡.被测电流的任何变化都会破坏这一平衡.一旦磁场失去平衡,霍尔器件就有信号输出.经功率放大后,立即就有相应的电流I H流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿.从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1μs,这是一个动态平衡的过程。 工作原理主要是霍尔效应原理. 一、以零磁通闭环产品原理为例: 1、当原边导线经过电流传感器时，原边电流 IP 会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS* NS= IP*NP 其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数； NP/NS—匝数比，一般取 NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS 一般很小，只有 10~400mA。如果输出电流经过测量电阻 RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2、传感器供电电压 VA VA 指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要相供高于双电的传感器。 3、测量范围 Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值 IPN。二、电流传感器主要特性参数1、标准额定值 IPN 和额定输出电流 ISN IPN 指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN 的大小与传感器产品的型号有关。ISN指电流传感器额定输出电流，一般为10~400mA，当然根据某些型号具体可能会有所不同。 2、偏移电流 ISO 偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。 3、线性度 线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度。 4、温度漂移 偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的，其中，IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。5、过载电流传感器的过载能力是指发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电 流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。 直流激励时霍尔式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：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 就可以进行位移测量。 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±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器按图5-2安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-3进行。1、3为 电源±4Ｖ，2、4为输出。 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。 用最小二乘法对实验数据进行处理，并绘出V-X曲线，程序如下： t=[0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8]; y=[-0.966 -0.978 -0.984 -0.988 -0.993 -0.997 -1.001 -1.006 -1.010 -1.015]; [P,S] = polyfit(t,y,1) t1=0:0.01:1.8; yi=polyval(P,t1); plot(t,y,'k*',t1,yi,'r') xlabel('X(mm)'); ylabel('V(V)'); legend('测量数据点','最小二乘拟合线') 运行结果如下： P = -0.0248 -0.9715 S = R: [2x2 double] df: 8 normr: 0.0069 由结果知灵敏度为0.0248和非线性误差为0.69% V-X曲线 结论：由上图知霍尔电压与推进距离为线性关系。 五、思考题： 1）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？ 2）请思考解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。 光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的： 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理： 本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦即探头，它与被测体相距Ｘ，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距Ｘ有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元： 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源±15V、反射面。 四、实验步骤： 1、根据图6-1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上光电变换座孔上。其内部已和发光 t=[0.51 0.8 0.835 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5]; y=[0.207 0.325 0.35 0.39 0.44 0.475 0.518 0.537 0.56]; [P,S] = polyfit(t,y,1) t1=0.5:01:1.5; yi=polyval(P,t1); plot(t,y,'k*',t1,yi,'r') 霍尔齿轮转速传感器的工作原理和优点 作者: 发布时间:2009-11-25 来源: 关键字:霍尔转速传感器 霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。 霍尔转速传感器的工作原理 霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。 霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。 霍尔转速传感器的测量方法 霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔转速传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔转速传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。 霍尔转速传感器主要应用于齿轮、齿条、凸轮和特质凹凸面等设备的运动转速测量。高转速磁敏电阻转速传感器除了可以测量转速以外，还可以测量物体的位移、周期、频率、扭矩、机械传动状态和测量运行状态等。 霍尔转速传感器目前在工业生产中的应用很是广泛，例如电力、汽车、航空、纺织和石化等领域，都采用霍尔转速传感器来测量和监控机械设备的转速状态，并以此来实施自动化管理与控制。 霍尔转速传感器的应用优势 霍尔转速传感器的应用优势主要有三个，一是霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响，二是霍尔转速传感器的频率相应高，三是霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强，因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。 同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速传感器的测量频率范围宽， 实验 线性霍尔式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：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图28—1（带正电的载流子）所示，把一块宽为b ，厚为d 的导电板放在磁感应强度为B 的磁场中，并在导电板中通以纵向电流I ，此时在板 图28—1霍尔效应原理 的横向两侧面A ,A 之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释），所产生的电势差U H 称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为： U H ＝R H d IB ＝K H IB 式中：R H ＝-1／(ne)是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数； K H ＝ R H ／d 灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。 具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N 型半导体材料（金属材料中自由电子浓度ｎ很高，因此R H 很小，使输出U H 极小，不宜作霍尔元件），厚度d 只有1μm 左右。 霍尔传感器有霍尔元件和集成霍尔传感器两种类型。集成霍尔传感器是把霍尔元件、放大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔元件相比，它具有微型化、灵敏度高、可靠性高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。 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28—2 (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着，线性霍尔元件置于两块磁钢间的中点，其磁感应强度为０， 【实验步骤】 (一)清点主要仪器（二）测量1.调节仪器①将仪器按照如图4所示安装：将弹簧固定在焦利秤上部的横梁上，在一 个刻有水平线的小平面镜杆下端挂上砝码盘，小平面镜杆穿过固定在立柱上的玻璃管，其上端与弹簧的下端相连， ②调节焦利秤的底脚螺旋，使焦利秤立柱竖直；调节螺旋E 使小平面镜上水平线与玻璃管壁上的水平线重合作为平衡位置，并调节支架让小镜面及其它参于振动的物体竖直。 2.测量弹簧的倔强系数K 2.1利用新型焦利秤（静态法）测定弹簧倔强系数K ①调节实验装置底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直（目测）；②将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上，旋转悬臂，使挂于弹簧下放的砝码 盘的尖针（1）靠拢游标尺上的小镜； （2）在砝码盘放入10个1g 的砝码，然后依次取出。在三线重合（小钩中的平面镜中有一水平刻线G ，玻璃管上有一水平刻线D ，D 在平面镜中有一像D’，通过转动标尺调节旋钮可将弹簧上下移动，则平面镜同时上下移动。当G 、D 、D’三者重合时称“三线重合”。）时，记录各次标尺读数y1,y2,……y10。（3）作Mi ～Yi 图，验证Mi ～Yi 满足线性关系，并求出斜率，'K 即为弹簧的倔强系数。'/K g K 2.2测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数（动态法）K （1）用电子秒表测弹簧振子振动50次的时间，然后求得弹簧振子的周期。T （2）用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。（3）将集成霍尔开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪相接。OUT 接周期测试仪正级，V-接电源负极，并和周期测试仪负级连接，V+接电源正级，见图3；、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。 霍尔传感器使用说明书 简要说明： 一、长尺寸：32mm X宽11mm X高20mm 二、主要芯片：LM393、3144霍尔传感器 三、工作电压：直流5伏 四、特点： 1、具有信号输出指示。 2、单路信号输出。 3、输出有效信号为低电平。 4、灵敏度可调（精调）。 5、有磁场切割就有信号输出 6、电路板输出开关量！(可直接接单片机) 7、可用于电机测速/位置检测等场合 适用场合：单片机学习、电子竞赛、产品开发、毕业设计。。。 【图片展示】 【与单片机连接测试程序】 /******************************************************************** 汇诚科技 实现功能:此版配套测试程序 使用芯片：AT89S52 晶振：11.0592MHZ 波特率：9600 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun 淘宝店：汇诚科技 【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！ *********************************************************************/ /******************************************************************** 说明：1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平 *********************************************************************/ #include 第八章霍尔传感器 课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析 难点：开关型霍尔集成电路的特性 重点：霍尔传感器的应用 教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。 采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元 件、霍尔传感器 各教学环节和内容 演示1： 将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出 端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣 器不响。 当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通， 蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例 如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。 演示2： 将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。 从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。 第一节霍尔元件的工作原理及特性 一、工作原理 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E H，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。 图8-1霍尔元件示意图 a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件： 其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。 由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示 E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B cosθ，这时的霍尔电动势为 E H=K H IB cosθ（8-2） 从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。 二、主要特性参数 （1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。 （2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。 A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA （4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。 提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。 A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs 实验十四直流激励时霍尔式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：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，它就可以进行位移测量。 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±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元、相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。 四、实验步骤： （一）直流激励时霍尔式传感器 1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。1、3为电源±4Ｖ， 2、4为输出。 图5-1 霍尔传感器安装示意图 2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节R W1使数显表指示为零。 图5-2 霍尔传感器位移直流激励实验接线图 3、旋转测微头向轴向方向推进，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5-1。 X(mm) 9.700 9.500 9.300 9.100 8.900 8.700 8.500 8.300 8.100 7.900 V(v) 0 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 X(mm) 7.700 7.500 7.300 7.100 6.900 6.700 6.500 6.300 6.100 5.900 V(v) 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.18 0.19 X(mm) 5.700 5.500 5.300 5.100 4.900 4.700 V(v) 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.24 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。 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。 《机械工程测试技术》实验指导书 实验一、霍尔传感器的直流激励特性 一、实验目的 加深对霍尔传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制霍尔传感器静态特性特性曲线，掌握数据处理方法。 二、实验原理 当保持元件的控制电流恒定时，元件的输出正比于磁感应强度。本实验仪为霍尔位移传感器。在极性相反、磁场强度相同的两个钢的气隙中放置一块霍尔片，当霍尔元件控制电流I不变时，Vh与B成正比。若磁场在一定范围内沿X方向的变化梯度dB/dX为一常数，则当霍尔元件沿X方向移动时dV/dX=RhXIXdB/dX=K，K为位移传感器输出灵敏度。霍尔电动势与位移量X成线性关系，霍尔电动势的极性，反映了霍尔元件位移的方向。 三、实验步骤 1.有关旋钮初始位置：差动放大器增益打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置±2V档。 2..RD、r为电桥单元中的直流平衡网络。 3.差动放大器调零，按图6－1接好线，装好测微头。 4.使霍尔片处于梯度磁场中间位置，调整RD使电压表指示为零。 5.上、下旋动测微头，以电压表指示为零的位置向上、向下能够移动5mm，从离开电压表指示为零向上5mm的位 置开始向下移动，建议每0.5mm读一数，记下电压表指示并填入下表 X(mm） V(v) X(mm) 6.用以上的位移和输出电压数据，绘出霍尔传感器静态特性的位移和输出电压特性V-X曲线, 指出线性范围。 7.将位移和输出电压数据分成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度 值。 实验可见：本实验测出的实际是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它们的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。 四、思考题 1.为什么霍尔元件位于磁钢中间位置时，霍尔电动势为0。 2.在直流激励中当位移量较大时，差动放大器的输出波形如何？ 实验三十霍尔传感器及其应用 霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应自1879年被发现至今已有100多年的历史，但直到本世纪50年代，由于微电子学的发展，才被人们所重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国从70年代开始研究霍尔器件、经过30余年的研究和开发，目前已经能生产各种性能的霍尔元件，例如普通型、高灵敏度型、低温度系数型和开关式的霍尔元件。 由于霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特性，它已广泛应用于非电量测量、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。 【预习提要】 （1）什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关？ （2）霍尔传感器用于测振幅和称重的原理是什么？ （3）设计待测量的数据记录表格。 【实验要求】 （1）了解霍尔式传感器的工作原理 （2）了解霍尔式传感器的直流激励特性和交流激励特性。 （3）了解霍尔式传感器在振动测量中的作用。 （4）学会多功能传感器中用霍尔式传感器称重的方法。 （5）练习用示波器观察波形和用作图法处理实验数据。 【实验目的】 了解霍尔式压力传感器的原理、结构及应用。 【实验器材】 霍尔式传感器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、音频振荡器、直流稳压电源、双线示波器、电压表、测微头、示波器、振动圆盘、砝码、 。【实验原理】 一、霍尔效应 如图1所示的金属或半导体薄片，若在它的两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那末．在垂直于电流和磁场的方向上(即霍尔输出端之间)将产生电势差U H，称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。 图1 霍耳效应示意图 图2 霍耳效应解释 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。假设，在N 型半导体薄片的控制电流端通以电流I ，那末，半导体中的载流子(电子)将沿着和电流相反的方向运动。若在垂直于半导体薄片平面的方向上加以磁场B ，则由于洛伦兹力f B 的作用，电子向一边偏转(见图2)，并使该边形成电子积累；而另一边则积累正电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场作用在运动电子上的力f E 与洛仑兹力f B 相等时，电子的积累便达到动态平衡。这时，在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔电场E ，相应的电势差就称为霍尔电压U H ，其大小可用下式表示： d IB R U H H = (V) (30~1) 式中；R H ——霍尔常数(m 3C -1)； I ——控制电流(A) B ——磁感应强度(T)； d ——霍尔元件的厚度(m)。 令 d R K H H = (30~2) 将(30—2)式代入(30—1)式，则得到 IB K U H H = (30—3) 由上式可知，霍尔电压的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 。K H 称为霍尔元件的灵敏度。它是表征在单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电压大小的一个重要参数。一般要求它越大越好。霍尔元件的灵敏度与元件材料的性质和几何尺寸有关。由于半导体(尤其是N 型半导体)的霍尔常数R H 要比金属的大得多，所以在实际应用中，一般都采用N 型半导体材料做霍尔元件.此外，元件的厚度d 对灵敏度的影响也很大，元件的厚度越薄，灵敏度就越高，所以霍尔元件的厚度一般都比较薄。 (30—3)式还说明，当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电压的方向也将改变。霍尔传感器制作实训报告
霍尔传感器工作原理
实验十九 开关式霍尔传感器测转速实验
霍尔传感器用法
传感器测试实验报告
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直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
霍尔齿轮转速传感器的工作原理和优点
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霍尔传感器、磁性传感器原理图PCB图及例程
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实验十四--直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
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霍尔传感器综合实验