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1、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
2、尔传感器、土 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为电源土 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Rwl使数图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02mm记下一个读数，直到读数近似不变,将读数填入表9-1。表9- 1X (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土
3、 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9-2X (mm)0.20.40.60.81.01. 21.41.61. 82. 0V(mv)72952334717785-80-235-354-465-575v-x曲线如下:v-x曲线600400200-200-400-600-800» V(mv)
4、 X(mm)一V (mv) 一X(mm根据上图和实验数据，在XW 020.8区间，霍尔传感器的灵敏度为：729-177二920 ；在乂忘1.220区间，霍尔传感器的灵敏度为:0. 8-0. 2-235+575 567o1. 4-2. 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 F+bX,其中KXi 艺 Xiyii 二KKK7 2-zyg Y.i W讪XQ y- K 送 Xx yi 1/入i丿一代送 Aii=l计算&、b (利用表2数据)K乞 Xx =0. 2+0. 4+0. 6
5、+0. 8+1. 0+1. 2+1. 4+1. 6+1. 8+2. 0=11 1 110Z XiVi 二0. 2*729+0. 4*523+0. 6*347+0. 8*177+1. 0*85+1. 2* ( -80.) +1.4*(-235)i 土+1.6* (-354) +1.8* (-465) +2.0* (-575) =-2188.610Z Vi 二729+523+347+177+85-80-235-354-465-575二152i 土10Z Xi2 二 0. 22 +0. 42 +0. 62 +0. 82 +1. 02 +1. 22 +1. 42 +1. 62 +1.82 +2. 02
6、 =15.4i 土弱2弱可得,* 800. 47II2 -10*15.41占即得V-X拟合曲线， 误差分析： 把X的值分别代入式-11*15.4V = 713.88*俺_X +800. 47也 Vi =71. 306; AV2 二8. 082 ；AVs= -25. 142;也厂-52. 366 ；AVs 二-1. 59 ； AVe二-23. 814;AV? =-36. 038; iVs =-12. 262;iV9=19514; AVio=52. 29o可得，线性度为久二氓oo%二7；100% 二71- 306咒 100% 止 5.55%VfsVi Vio657. 694(627. 29)X + 800.47,可得:V = -713.88*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。