HC-1024LA二线制霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。
霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器
(一)霍尔效应
如图1所示,在半导体薄片两端通以控制电流I,并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上,将产生电势差为UH的霍尔电压,
它们之间的关系为其中d 为薄片的厚度,k称为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关。
上述效应称为霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
(二)霍尔元件
根据霍尔效应,人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
(三)霍尔传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。
霍尔传感器HC-1024LA其检测对象须是磁性物体是利用电磁工作原理,用的工艺制成的,是一种位置传感器。它能通过传感器与物体之间的位置关系变化,将非电量或电磁量转化为所希望的电信号 ,从而达到控制或测量的目的。磁性接近开关能以细小的开关体 积达到的检测距离。它能检测磁性物体(一般为永磁铁),然后产生触发开关信号输出。 由于磁场能通过很多非磁性物,所以此触发过程并不一定需要把目标物体直接靠近磁性接近开关的感应面,而是通过磁性导体(如铁)把磁场传送至远距离,例如,信号能够通过高温的地方传送到磁性接近开关而产生触发动作号。
转速的测量方法很多,根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法),该系统采用了M法(测频法)。由于转速是以单位时间内转数来衡量,在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理,将一块磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿,转盘随测轴旋转,磁钢也将跟着同步旋转,在转盘下方安装一个霍尔器件,转盘随轴旋转时,受磁钢所产生的磁场的影响,霍尔器件输出脉冲信号,其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系:
式中:n为电机转速;P为电机转一圈的脉冲数;T为输出方波信号周期根据公式即可计算出直流电机的转速。
测量电机转速的步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号,从而进行脉冲计数。霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器,它有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点,因此选用霍尔传感器检测脉冲信号,其基本的测量原理如图所示,当电机转动时,带动传感器运动,产生对应频率的脉冲信号,经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置,进行转速的测量。
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,产生横向电位差的物理现象。当电流通过金属箔片时,若在垂直于电流的方向施加磁场,则金属箔片两侧面会出现横向电位差。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为:
式中KH――霍尔系数;n――单位体积内载流子或自由电子的个数;q――电子电量;I――通过的电流;B――垂直于I的磁感应强度
利用霍尔效应表达式:UH=KHIB,当被测物体上装上N只磁性体时,物体每转一周磁场就变化N次,霍尔电势相应变化N次,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
本案例以实验室霍尔元件测量圆盘转速为例。
实验设备:CSY2000系列传感器与检测技术实验台。
1、主控台部分,提供高稳定的±15V、+5V、±2V~±10V可调、+2V~+24V可调四种直流稳压电源;主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。
2、旋转源0-2400转/分(可调)需用器件与单元:霍尔传感器、5V直流源、转速调节装置、转动源单元、数显单元的转速显示部分。
1.实验装置如下图
2.将5v直流源加于霍尔元件电源输入端。
3.将霍尔转速传感器输出端(黄)插入数显单元Fin端。
4.将转速调节中的2V-24V转速电源引入到台面上转动单元中转动电源2-24VK插孔。
5.将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档,此时数显表指示转速。
6.调节转速调节电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。
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