第21卷第10期 VoL. 21 No. 10 2002年10月 COLLEGE PHYSICS Oct.2002 新型霍尔传感器的特性及在测量与 物理咱然技术吐会 控制中的应用 张欣陆申龙 (1.上海应用技术学院数理部,上海200235;2.复旦大学物理系,上海20433) 摘要:简述新型霍尔传感器的特性及在自动控制、信息处理和物理量测量中的应用 关键词霍尔效应;集成霍尔传感器;测量;自动控制 中图分类号O4·3 文献标识码B文章编号:1000712(2002)10002804 积小频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用 1引言 寿命长及价格低廉 根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁 集成霍尔传感器一般可分为3种:集成线性霍尔 场的测量,大量的还是以磁场为工作媒体,将物体的多传感器(也称位置传感器)、集成霍尔开关和集成霍尔 种运动参量转变为电压输出,因而在自动控制、各种物锁存器.它们都具有传感和控制功能 理量的测量中得到了大量的应用.随着集成电路技术2.1集成霍尔线性传感器 的发展,集成霍尔传感器被大量研制和生产,其应用也 器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性 愈来愈广泛如:位移传感、速度传感、角度传感、电流关系.如S95A系列和MX0215系列,运用此类器件 感应、直流电机、汽车点火和自动控制等.现在世界上 时,只要选取适当的小磁钢,就可将与小磁钢一起运动 生产集成霍尔传感器的主要公司有 Honeywell . Siemens、的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形 Mexs等,这些厂生产的霍尔传感器新产品据称有100式传感出来达到了自动测量与控制的目的 多种,仅向汽车工业就提供上亿个传感控制器件如在 22集成霍尔开关 一辆豪华轿车中,可使用100来个传感器进行测量和 当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之 控制,采用集成霍尔传感器的控制点达30多处在工 业中大量自动检测采用了霍尔传感技术可见集成霍前,器件以高电平输出,当磁场增强到工作点(B甲)时, 尔传感器的应用已相当广泛然而,在现行大学物理教在尔片输出的电压Um经差分放大器放大后,送至施 材中,关于霍尔传感器技术应用的介绍篇幅相当有限 密特触发器,使之翻转导通,从而使门电路输出端由高 为此,笔者根据自己教学与科研中有关该传感器应用电平变为低电平,称此为“开”状态反之,当磁场减小 的一些经验,整理出一部分有关霍尔传感器应用和新到释放点(Bn)时,门电路输出端截止,则由低电平变 发展的材料,以供读者科研与教学参考 为高电平,称为“关”状态.常见的霍尔开关有 UGN3109A44E和US5881.由于该传感器只对一定强度 2原理 的磁场起作用抗干扰能力强,因而应用广泛 集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成,根 3集成霍尔锁成器 据不同应用的需要,有的还加温度补偿电路、稳压电源 它是霍尔开关的一种特殊情况.当磁场超过工作 或施密特触发器及开关电路等,加了不同附加器件后点时,其输出导通为低电平,而当磁场变小乃至完全撤 其应用和特性各不相同.集成霍尔传感器的特点是:体消后,其输出状态保持不变,必须施加一个反向磁场 收稿日期2001-06-26;修回日期:2002-02-08 作者简介:张欣(1960→,男,上海人,上海应用技术学院数理部讲师 2 o1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
第 21 卷第 10 期 大 学 物 理 Vol. 21 No. 10 2002 年 10 月 COLLEGE PHYSICS Oct. 2002 收稿日期 :2001 - 06 - 26 ;修回日期 :2002 - 02 - 08 作者简介 :张欣(1960 —) ,男 ,上海人 ,上海应用技术学院数理部讲师. 物理·自然·技术·社会 新型霍尔传感器的特性及在测量与 控制中的应用 张 欣1 ,陆申龙2 (1. 上海应用技术学院 数理部 ,上海 200235 ; 2. 复旦大学 物理系 ,上海 200433) 摘要 :简述新型霍尔传感器的特性及在自动控制、信息处理和物理量测量中的应用. 关键词 :霍尔效应 ;集成霍尔传感器 ;测量 ;自动控制 中图分类号 :O 4 - 34 文献标识码 :B 文章编号 :100020712 (2002) 1020028204 1 引言 根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁 场的测量 ,大量的还是以磁场为工作媒体 ,将物体的多 种运动参量转变为电压输出 ,因而在自动控制、各种物 理量的测量中得到了大量的应用. 随着集成电路技术 的发展 ,集成霍尔传感器被大量研制和生产 ,其应用也 愈来愈广泛. 如 :位移传感、速度传感、角度传感、电流 感应、直流电机、汽车点火和自动控制等. 现在世界上 生产集成霍尔传感器的主要公司有 Honeywell、Siemens、 Melexis 等 ,这些厂生产的霍尔传感器新产品据称有 100 多种 ,仅向汽车工业就提供上亿个传感控制器件. 如在 一辆豪华轿车中 ,可使用 100 来个传感器进行测量和 控制 ,采用集成霍尔传感器的控制点达 30 多处. 在工 业中大量自动检测采用了霍尔传感技术. 可见集成霍 尔传感器的应用已相当广泛. 然而 ,在现行大学物理教 材中 ,关于霍尔传感器技术应用的介绍篇幅相当有限 , 为此 ,笔者根据自己教学与科研中有关该传感器应用 的一些经验 ,整理出一部分有关霍尔传感器应用和新 发展的材料 ,以供读者科研与教学参考. 2 原理 集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成 ,根 据不同应用的需要 ,有的还加温度补偿电路、稳压电源 或施密特触发器及开关电路等 ,加了不同附加器件后 其应用和特性各不相同. 集成霍尔传感器的特点是 :体 积小、频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用 寿命长及价格低廉. 集成霍尔传感器一般可分为 3 种 :集成线性霍尔 传感器(也称位置传感器) 、集成霍尔开关和集成霍尔 锁存器[1 ] . 它们都具有传感和控制功能. 2. 1 集成霍尔线性传感器 器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性 关系. 如 SS95A 系列和 MLX90215 系列 ,运用此类器件 时 ,只要选取适当的小磁钢 ,就可将与小磁钢一起运动 的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形 式传感出来 ,达到了自动测量与控制的目的. 2. 2 集成霍尔开关 当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之 前 ,器件以高电平输出 ,当磁场增强到工作点 ( Bop ) 时 , 霍尔片输出的电压 UH 经差分放大器放大后 ,送至施 密特触发器 ,使之翻转导通 ,从而使门电路输出端由高 电平变为低电平 ,称此为“开”状态. 反之 ,当磁场减小 到释放点 ( Brp ) 时 ,门电路输出端截止 ,则由低电平变 为高 电 平 , 称 为“关”状 态. 常 见 的 霍 尔 开 关 有 UGN3109、A44E和 US5881. 由于该传感器只对一定强度 的磁场起作用 ,抗干扰能力强 ,因而应用广泛. 2. 3 集成霍尔锁成器 它是霍尔开关的一种特殊情况. 当磁场超过工作 点时 ,其输出导通为低电平 ,而当磁场变小乃至完全撤 消后 ,其输出状态保持不变 ,必须施加一个反向磁场 , © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第10期 张欣等:新型霍尔传感器的特性及在测量与控制中的应用 才能达到释放点,输出截止转为高电平,可见具有锁存的相对位置发生变化时,传感器输出电压就反映了位 记忆功能.常见的集成霍尔锁存器有UQN3075和移的数值.此法适用于0~2mm范围内的微小位移测 USI881 量.同样该传感器还可将浮力压力等参量变化转变为 24集成霍尔传感器的启动方式 位移变化,进行力学量的测量 集成霍尔传感器的启动方式一般可分为3种21 l)磁极正对霍尔传感器接近启动.当磁极正对传 感器接近时,典型的启动场强为20~40mT,或者有8 霍尔器件 12mm的间距 2)磁极侧向经过霍尔传感器启动当磁极侧向以 09mm的间距经过传感器时,相当于对传感器进行 次“开”与“关” 3)磁路间断启动当磁极正对霍尔传感器且间距 固定时,若中间无铁磁性物质阻挡,磁路畅通,则传感 图2霍尔位置传感器工作原理 器为开;若中间有铁磁性物质阻碍,磁路断,则传感器31.4角度测量 处于关状态,如图1 霍尔器件 当霍尔器件置于永久磁铁的磁场中,其输出电压 与∞s成正比,如图2(b)所示,利用这个关系可检测 角度,将它装在自动调节杠杆上,就可通过采集电压输 出,得到角度变化,从而做出相应的调节 铁磁性转轮 3.2集成霍尔开关的应用 3.2.1计数转数和转速的测量 由于集成霍尔开关灵敏度较高,抗干扰能力强,因 图1磁路变化启动霍尔传感器 而大量用于计数、转数和转速的测量中,一般有两种方 法:在非铁磁性材料圆盘边缘粘一小磁钢,将霍尔开关 3霍尔传感器在自动控制及信息处理中的应固定于圆盘边缘附近,当圆盘转动磁钢经过霍尔开关 时,霍尔开关将输出一脉冲 法是将小磁钢粘在 3.1集成线性霍尔传感器的应用 霍尔开关背面,一起靠近转动的齿轮,由于齿轮的凹与 3.1.1电流测量 凸,使霍尔开关的磁强度呈明显变化,霍尔开关同 在工业上,对几十甚至上百安培的大电流的测量 雀尔器件 常用的方法是:在被测导线外套上一个带有缺口的标 准圆环铁心,将集成线性霍尔传感器插入缺口中,因铁 心中的磁感应强度与导线中的电流成正比,传感器输 出电压即反映导线中电流的大小,同时还可制成电流 铁磁性齿轮 过载检测或过载保护装置在使用电焊机及大电流配 电的企业中,大量使用了该电流传感器P 3.1.2磁感应强度测量 尔开关 目前国产的数字式毫特仪量程为0~2T,精度为 0.1mT,准确度优于0.5%,在科研、工业中已经大量应 液体流动方向 用于磁感应强度的测量 3.1.3位移测量和力的测量 霍尔位置传感器工作原理如图2(a).将两块永久 铁磁管道 磁铁同极相对而置,再将与位移物体相连的霍尔传感 器置于其中磁感应强度为零处,当传感器与两块磁铁 图3霍尔开关计数 2 o1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
才能达到释放点 ,输出截止转为高电平 ,可见具有锁存 记忆功能. 常见的集成霍尔锁存器有 UGN3075 和 US1881. 2. 4 集成霍尔传感器的启动方式 集成霍尔传感器的启动方式一般可分为 3 种[2 ] : 1) 磁极正对霍尔传感器接近启动. 当磁极正对传 感器接近时 ,典型的启动场强为 20～40 mT ,或者有 8～ 12 mm 的间距. 2) 磁极侧向经过霍尔传感器启动. 当磁极侧向以 0. 9 mm 的间距经过传感器时 ,相当于对传感器进行一 次“开”与“关”. 3) 磁路间断启动. 当磁极正对霍尔传感器且间距 固定时 ,若中间无铁磁性物质阻挡 ,磁路畅通 ,则传感 器为开 ;若中间有铁磁性物质阻碍 ,磁路断 ,则传感器 处于关状态 ,如图 1. 图 1 磁路变化启动霍尔传感器 3 霍尔传感器在自动控制及信息处理中的应用 3. 1 集成线性霍尔传感器的应用 3. 1. 1 电流测量 在工业上 ,对几十甚至上百安培的大电流的测量 , 常用的方法是 :在被测导线外套上一个带有缺口的标 准圆环铁心 ,将集成线性霍尔传感器插入缺口中 ,因铁 心中的磁感应强度与导线中的电流成正比 ,传感器输 出电压即反映导线中电流的大小 ,同时还可制成电流 过载检测或过载保护装置. 在使用电焊机及大电流配 电的企业中 ,大量使用了该电流传感器[2 ] . 3. 1. 2 磁感应强度测量 目前国产的数字式毫特仪量程为 0～2 T ,精度为 0. 1 mT ,准确度优于 0. 5 % ,在科研、工业中已经大量应 用于磁感应强度的测量. 3. 1. 3 位移测量和力的测量 霍尔位置传感器工作原理如图 2 (a) . 将两块永久 磁铁同极相对而置 ,再将与位移物体相连的霍尔传感 器置于其中磁感应强度为零处 ,当传感器与两块磁铁 的相对位置发生变化时 ,传感器输出电压就反映了位 移的数值. 此法适用于 0～2 mm 范围内的微小位移测 量. 同样该传感器还可将浮力、压力等参量变化转变为 位移变化 ,进行力学量的测量. 图 2 霍尔位置传感器工作原理 3. 1. 4 角度测量 当霍尔器件置于永久磁铁的磁场中 ,其输出电压 与 cosθ成正比 ,如图 2 (b) 所示 ,利用这个关系可检测 角度 ,将它装在自动调节杠杆上 ,就可通过采集电压输 出 ,得到角度变化 ,从而做出相应的调节. 图 3 霍尔开关计数 3. 2 集成霍尔开关的应用 3. 2. 1 计数、转数和转速的测量 由于集成霍尔开关灵敏度较高 ,抗干扰能力强 ,因 而大量用于计数、转数和转速的测量中 ,一般有两种方 法 :在非铁磁性材料圆盘边缘粘一小磁钢 ,将霍尔开关 固定于圆盘边缘附近 ,当圆盘转动 ,磁钢经过霍尔开关 时 ,霍尔开关将输出一脉冲 ;另一方法是将小磁钢粘在 霍尔开关背面 ,一起靠近转动的齿轮 ,由于齿轮的凹与 凸 ,使霍尔开关的磁感应强度呈明显变化 ,霍尔开关同 第 10 期 张 欣等 :新型霍尔传感器的特性及在测量与控制中的应用 92 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
大学物理 第21卷 样输出脉冲,见图3(a),这样当脉冲输入频率测量仪 即可达到相应的测量与控制目的 按上述方法霍尔开关被大量用于长度仪、产品计 数器汽车计程器之中的周期转数的测量此外,将小 磁钢固定于流量计的叶片上,代替齿轮传动,将叶片转 数以电压信号输出,见图3(b).有一种叫“水管家”的净 水器以此来测量和控制过滤膜的有效使用期 3.2.2液位测量与控制 如图4,在浮子上装一小磁钢,根据液位的需要装 上霍尔开关,当液面升降时,霍尔开关输出信号,达到 测量或控制液面的目的 电子换向开关电路 霍尔器件 霍尔器件 图4霍尔开关控制液位 32.3霍尔电机 在直流无刷电机中,以集成霍尔传感器作为电机 图5霍尔电机原理与结构图 转子(磁极)位置传感器的电机,称为霍尔电机.由于此 类电机用电子换向开关电路和霍尔位置传感器来代替而霍尔电机在高科技产品中得到广泛的应用 換向器和电刷,所以消除了电火化、噪音,无线电干扰,3,24霍尔传感器在汽车中的应用 提高了直流电机的运行可靠性.目前已被广泛应用于 家电和仪器中,如录音机、摄录像机、光盘驱动器、打印 在一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中,几 乎可以有20~30个霍尔传感器用于下列工作状态的 机、记录仪、扫描仪、CHU冷却风扇、电动自行车等.霍 尔电机的工作原理是:当转子磁场N极与霍尔传感器a 测量和控制在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点 火用;作汽车发动机转速和曲轴角度传感器;作各种自 正对时如图5(a)示],后者产生霍尔电压Ua,使三极动门和窗的开关系统;,作速度表和里程表;作防锁死刹 管T导通,而三极管T和T截止,此时电枢统组AX车系统(ABS中的速度传感器;各种液体液位检测器 有电流通过产生电枢磁场N与Ss,他们和转子磁场作各种用电负载的电流检测及工作状态诊断;发动机 N与S相互作用而产生转矩,并使转子沿逆时针方向熄火检测;作自动刹车系统(替代手刹)中的速度传感 旋转随着转子磁场N极轮流与霍尔传感器abc相器作蓄电池充电的电流控制器等限于篇幅仅以发动 对产生雀尔电压a、、U使三极管T、T、T导通,机点火为例说明在电子点火分电盘上装上几个与汽 电枢绕组AXBY、CZ顺序形成阶跃式旋转磁场N和缸数量相同的磁钢,并在磁钢位置相应处装上霍尔开 Ss,它与转子磁场N和S相互作用,从而使转子顺着电关传感器,当磁钢转到霍尔开关传感器正面时,霍尔开 枢阶跃旋转磁场的转动方向旋转实际使用的霍尔电关传感器就输出一个脉冲,该脉冲经放大升压后送至 机多采用多极转子[如图5(b)示],以确保转速平稳电点火线圈,于是在点火线圈的次级线圈便产生供发动 子换向开关电路较复杂,有专用的芯片霍尔电机的启机各汽缸火花塞点火用的高电 动、调速、正反转和刹车都可通过霍尔电机主控芯片来 完成总之霍尔传感器和电子换向开关电路在无刷直 4大学物理实验中诸物理量的测量 流电机中起到了位置传感和电流换向的作用这种无4.1位移的测量 机械接触的“电刷”保证了电机无火花和均匀转动,因 在传统的梁的弯曲实验装置中加上霍尔位置传感 2 o1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
样输出脉冲 ,见图 3 (a) ,这样当脉冲输入频率测量仪 , 即可达到相应的测量与控制目的. 按上述方法霍尔开关被大量用于长度仪、产品计 数器、汽车计程器之中的周期、转数的测量. 此外 ,将小 磁钢固定于流量计的叶片上 ,代替齿轮传动 ,将叶片转 数以电压信号输出 ,见图 3 (b) . 有一种叫“水管家”的净 水器以此来测量和控制过滤膜的有效使用期. 3. 2. 2 液位测量与控制 如图 4 ,在浮子上装一小磁钢 ,根据液位的需要装 上霍尔开关 ,当液面升降时 ,霍尔开关输出信号 ,达到 测量或控制液面的目的. 图 4 霍尔开关控制液位 3. 2. 3 霍尔电机 在直流无刷电机中 ,以集成霍尔传感器作为电机 转子(磁极) 位置传感器的电机 ,称为霍尔电机. 由于此 类电机用电子换向开关电路和霍尔位置传感器来代替 换向器和电刷 ,所以消除了电火化、噪音、无线电干扰 , 提高了直流电机的运行可靠性. 目前已被广泛应用于 家电和仪器中 ,如录音机、摄录像机、光盘驱动器、打印 机、记录仪、扫描仪、CPU 冷却风扇、电动自行车等. 霍 尔电机的工作原理是 :当转子磁场 N 极与霍尔传感器 a 正对时[如图 5 (a) 示 ] ,后者产生霍尔电压 Ua ,使三极 管 T1 导通 ,而三极管 T2 和 T3 截止 ,此时电枢绕组 AX 有电流通过 ,产生电枢磁场 NS 与 SS ,他们和转子磁场 N 与 S相互作用而产生转矩 ,并使转子沿逆时针方向 旋转. 随着转子磁场 N 极轮流与霍尔传感器 a、b、c 相 对 ,产生霍尔电压 Ua 、Ub 、Uc 使三极管 T1 、T2 、T3 导通 , 电枢绕组 AX、BY、CZ 顺序形成阶跃式旋转磁场 NS 和 SS ,它与转子磁场 N 和 S相互作用 ,从而使转子顺着电 枢阶跃旋转磁场的转动方向旋转. 实际使用的霍尔电 机多采用多极转子[如图 5 (b) 示] ,以确保转速平稳 ,电 子换向开关电路较复杂 ,有专用的芯片. 霍尔电机的启 动、调速、正反转和刹车都可通过霍尔电机主控芯片来 完成. 总之霍尔传感器和电子换向开关电路在无刷直 流电机中起到了位置传感和电流换向的作用 ,这种无 机械接触的“电刷”保证了电机无火花和均匀转动 ,因 图 5 霍尔电机原理与结构图 而霍尔电机在高科技产品中得到广泛的应用. 3. 2. 4 霍尔传感器在汽车中的应用 在一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中 ,几 乎可以有 20～30 个霍尔传感器用于下列工作状态的 测量和控制 :在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点 火用 ;作汽车发动机转速和曲轴角度传感器 ;作各种自 动门和窗的开关系统 ;作速度表和里程表 ;作防锁死刹 车系统(ABS) 中的速度传感器 ;各种液体液位检测器 ; 作各种用电负载的电流检测及工作状态诊断 ;发动机 熄火检测 ;作自动刹车系统 (替代手刹) 中的速度传感 器 ;作蓄电池充电的电流控制器等. 限于篇幅仅以发动 机点火为例说明. 在电子点火分电盘上装上几个与汽 缸数量相同的磁钢 ,并在磁钢位置相应处装上霍尔开 关传感器 ,当磁钢转到霍尔开关传感器正面时 ,霍尔开 关传感器就输出一个脉冲 ,该脉冲经放大升压后送至 点火线圈 ,于是在点火线圈的次级线圈便产生供发动 机各汽缸火花塞点火用的高电压. 4 大学物理实验中诸物理量的测量 4. 1 位移的测量 在传统的梁的弯曲实验装置中加上霍尔位置传感 03 大 学 物 理 第 21 卷 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第10期 张欣等:新型霍尔传感器的特性及在测量与控制中的应用 器,既可保留原基本实验的训练,又增加了霍尔位置传 作为基础物理教学,也应该将以霍尔效应为原理 感器的定标等内容如杨氏模量的测定时这一方面扩的霍尔传感器的重要应用反映到教学中去,使物理教 大了学生知识面,另一方面加强了动手能力培养 学更联系实际,学生学得更加生动活泼 4.2磁场分布的测量和铁磁材料磁滞回线的测量 采用95A型集成霍尔传感器测量螺线管或亥姆参考文献 霍兹线圈磁场分布,测量准确度高,实验数据稳定可1]方佩敏新编传感器原理应用[M]北京电子工业出版 靠,精度可达10°T 社,1994.171~17 4.3周期和时间的测量 [2] Newel公司Mis公司集成霍尔传感器产品说明书 焦利秤采用集成霍尔开关型传感器(简称霍尔开 R].2000 关)测量周期,可以使学生掌握集成霍尔开关的特3]游海洋赵在忠,陆申龙霍尔位置传感器测量固体材料 性,同时也掌握了用现代化手段测量周期的新方法 的杨氏模量门].物理实验,200020(8):47~48 [4]陆申龙,焦丽凤用集成霍尔传感器研究霍尔效应及测 磁性滑块在铝质导轨上下滑,采用集成霍尔传感 量螺线管磁场分布[]实验技术与管理,200,17(4):27 器时,可以精确测量动摩擦系数和磁阻尼系数,使学 生掌握一些重要的物理概念 5]张欣.高灵敏度数字式毫特仪的研制及在亥姆霍兹线圈 磁场测量中的应用]大学物理实验,2001,14(4):34 5结束语 霍尔传感器不仅可以用来测量磁场及其变化 ,还6]陆申龙,张平用集成开关型霍尔传感器测量周期的新 可以用磁场作为工作媒介,把需要测量的量转变成磁 型焦利秤的研制].实验技术与管理2001,2(4):119~ 场的变化量,这样可以用霍尔传感器进行测量和控制 7]王翠云,陈烁,陆申龙第31届国际物理奥林匹克竞赛力 如位置、位移、角度、角速度、转数、转速、拉力、液位等; 学实验解答及分析[1.物理实验200020(11:47~49 利用测转速还可测流量、流速等 The characteristics of the new type integrated Hall sensors and their a pplications in measurement and control ZHANG Xin' LU Sher long (1. Department of Mathematics and Physics, Shanghai Application and Techmology Institute, Shanghai, 200235, China 2. Department of Physics, Fudan University, Shanghai, 200433, China) Abstract: The characteristics of the new type integrated Hall sensors and their applications in automatic control, information disposal, and physical quantity measurement are introduced Key words: Hall effect; integrated Hall sensors; measurement; automatic contol (上接27页) Michelsons research on precision instruments and spectrometry LIU Zharrcun, ZHANG Guoying Department of Physics, the Capital Normal University, Beijing, 100037, China) Abstract: Michelsons biographical ote is reviewed briefly, and mw he used his interferometer to re- search fine structure of some spectral lines and measure the standard meter, and the contributions he made to Key words: Michelson; interferometer; echelon; spectrometry 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
器 ,既可保留原基本实验的训练 ,又增加了霍尔位置传 感器的定标等内容 ,如杨氏模量的测定[3 ] . 这一方面扩 大了学生知识面 ,另一方面加强了动手能力培养. 4. 2 磁场分布的测量和铁磁材料磁滞回线的测量 采用 95A 型集成霍尔传感器测量螺线管[4 ]或亥姆 霍兹线圈磁场分布[5 ] ,测量准确度高 ,实验数据稳定可 靠 ,精度可达 10 - 6 T. 4. 3 周期和时间的测量 焦利秤采用集成霍尔开关型传感器 (简称霍尔开 关) 测量周期[6 ] ,可以使学生掌握集成霍尔开关的特 性 ,同时也掌握了用现代化手段测量周期的新方法. 磁性滑块在铝质导轨上下滑 ,采用集成霍尔传感 器时 ,可以精确测量动摩擦系数和磁阻尼系数[7 ] ,使学 生掌握一些重要的物理概念. 5 结束语 霍尔传感器不仅可以用来测量磁场及其变化 ,还 可以用磁场作为工作媒介 ,把需要测量的量转变成磁 场的变化量 ,这样可以用霍尔传感器进行测量和控制. 如位置、位移、角度、角速度、转数、转速、拉力、液位等 ; 利用测转速还可测流量、流速等. 作为基础物理教学 ,也应该将以霍尔效应为原理 的霍尔传感器的重要应用反映到教学中去 ,使物理教 学更联系实际 ,学生学得更加生动活泼. 参考文献 : [1 ] 方佩敏. 新编传感器原理应用[M] . 北京 :电子工业出版 社 ,1994. 171～176. [2 ] Honeywell 公司 ,Milixis 公司. 集成霍尔传感器产品说明书 [ R] . 2000. [3 ] 游海洋 ,赵在忠 ,陆申龙. 霍尔位置传感器测量固体材料 的杨氏模量[J ] . 物理实验 ,2000 ,20(8) :47～48. [4 ] 陆申龙 ,焦丽凤. 用集成霍尔传感器研究霍尔效应及测 量螺线管磁场分布[J ] . 实验技术与管理 ,2000 ,17 (4) :27 ～30. [5 ] 张欣. 高灵敏度数字式毫特仪的研制及在亥姆霍兹线圈 磁场测量中的应用[J ] . 大学物理实验 ,2001 ,14 (4) :34～ 38. [6 ] 陆申龙 ,张平. 用集成开关型霍尔传感器测量周期的新 型焦利秤的研制[J ] . 实验技术与管理 ,2001 ,2 (4) :119～ 122. [7 ] 王翠云 ,陈烁 ,陆申龙. 第 31 届国际物理奥林匹克竞赛力 学实验解答及分析[J ] . 物理实验 ,2000 ,20(11) :47～49. The characteristics of the ne w type integrated Hall sensors and their applications in measurement and control ZHANG Xin1 ,LU Shen2long2 (1. Department of Mathematics and Physics , Shanghai Application and Technology Institute , Shanghai , 200235 , China ; 2. Department of Physics , Fudan University , Shanghai , 200433 ,China) Abstract :The characteristics of the new type integrated Hall sensors and their applications in automatic control , information disposal , and physical quantity measurement are introduced. Key words:Hall effect ; integrated Hall sensors ; measurement ; automatic control (上接 27 页) Michelson’s research on precision instruments and spectrometry LIU Zhan2cun , ZHANG Guo2ying (Department of Physics ,the Capital Normal University , Beijing , 100037 ,China) Abstract :Michelson’s biographical note is reviewed briefly , and how he used his interferometer to re2 search fine structure of some spectral lines and measure the standard meter , and the contributions he made to the spectroscopy are introduced Key words:Michelson ; interferometer ; echelon ; spectrometry 第 10 期 张 欣等 :新型霍尔传感器的特性及在测量与控制中的应用 13 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved