直流激励时霍尔传感器位移特性实验..doc

华南师范大学实验报告 实验项目：直流激励时霍尔传感器位移特性实验 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UH＝KHIB，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，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 X（mm） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 V(mv) 729 523 347 177 85 -80 -235 -354 -465 -575 V-X曲线如下： 根据上图和实验数据，在区间，霍尔传感器的灵敏度为：；在区间，霍尔传感器的灵敏度为：。 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：，其中 计算、（利用表2数据） 0.2+0.4+0.6+0.8+1.0+1.2+1.4+1.6+1.8+2.0=11 0.2*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）=-2188.6 729+523+347+177+85-80-235-354-465-575=152 15.4 可得， -713.88 即得V-X拟合曲线， 误差分析： 把X的值分别代入式，可得： 71.306；8.082；-25.142；-52.366；-1.59 ；-23.814 ；-36.038；-12.262；19.514；52.29。 可得，线性度为 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。