霍尔传感器测周期在生活中的应用

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  基于新课标高中物理选修3-1第103页课题研究—霍尔效应这一问题,通过查阅资料,写下本文,仅供大家参考.
  霍尔效应(Hall effect)作为一种磁电效应,它是1879年由美国物理学家霍尔(E.H.Hall)发现并以此命名的,因为半导体材料的霍尔效应比较明显,因此现在有各种各样的用半导体制成的霍尔传感器.霍尔传感器结构简单,精确度高,在电、磁测量中有着广泛的应用前景,本文主要浅谈霍尔传感器测周期在生活中的应用.
  1霍尔效应原理
  霍尔效应原理如图1所示.在洛伦兹力的作用下,上下表面將分别有正负电荷积聚,形成横向电场E
  H ( 称为霍尔电场),达到平衡时,qEH=qvB或EH=vB洛伦兹力与电场力抵消,霍尔电压为
  U=φ1-φ2=vBb(1)
  b是导体板长度,d代表板厚,v代表载流子定向运动的平均速率,则v可看作载流子定向运动在单位时间所走过的路程,故单位时间内流过导体板横截面积bd的电荷等于体积 vbd内的电荷.设单位体积内载流子数为n,则这份电荷等于qnvbd,流过横截面的电流为I=qnvbd.
  将其代入(1)得:
  U=IBnqd(2)
  2用霍尔传感器测周期原理
  用霍尔传感器HC和“838”计算器组成电路原理图如图2所示.我们不妨把图2装置叫作周期测量仪.UCC=3V,R1=910Ω,R2,R3为分压电阻.接通电源,霍尔传感器HC输出高电平,当磁感应强度B增加到阈值时,输出U0立即变为低电平,当磁感应强度B低到释放点时,U0从低电平调到高电平.经过一周期,磁钢接近一次霍尔传感器,自动发出检测脉冲,经R2,R3分压后,由C,D两点取出的脉冲信号送入“838”计算器的“=”号键两端作计数.
  制作时,打开“838”计算器的后盖,找出与“=”键相应的铜箔接点.这两点间有1.5V的电压,焊出两根引线,正接点接“C”点,另一点接“D”点.计数时,合上计算器电源,再依次按动键“0”,“ ”,“1”每经过一个周期,HC检测到的信号即送入计算器”=”两端作一次累加计数.当计算器显示1时开始计时,经过n个周期,计算器读数n 1时停此计时.读出总时间t,周期T:
  T=tn(3)
  3霍尔传感器测周期在生活中的应用3.1测圆盘转的圈数
  测圆盘转的圈数原理图如图3所示,一绕轴圆面,圆面上均匀分布着磁钢,霍尔传感器紧挨圆面边沿.霍尔传感器按图2周期测量仪的原理图安装.
  圆面绕轴转动,磁钢与周期测量仪相遇,磁钢与霍尔传感器相遇一次,计算器读数累加一次,先测出转一圈的读数A.圆的半径R,共转过的读数为n,总路程为s:
  s=2nπRA(4)
  我们读出计算器读数,就能用(4)算出小汽车一天的里程.
  3.2小汽车一天里程的测量
  在触发叶轮上,均匀安装4块磁钢,从经过飞轮转轴的外壳(外壳固定在小汽车上),焊接一根钢板出来,钢板长度与磁钢离轴心距离相等.
  将霍尔集成块安装在钢板末端,车轮转动,霍尔传感器与磁钢第一次相遇时计算器显示“1”,经过一天的行驶,计算器读书数n,测得车轮半径R.一天行驶路程为s:
  s=2n-1πR4(5)
  我们读出计算器读数,根据已知量用(5)就可算出小汽车一天的里程.
  3.3电风扇转速的测量
  电风扇一般只有档位1,2,3.并不知道每档对应多少转每秒,为此进行如下改装来测得其转速.图5把永磁钢装在金属网里,并把金属网焊接在电风扇叶边沿上,将图5霍尔集成块安装在外罩上面,当磁钢与霍尔传感器相遇时,距离非常小(1 mm-5 mm),相遇一次,霍尔传感器集成块的计算器读数增加1.
  当显示器读数为1开始计时,显示器读数为n时,停此计时,读出总时间t,
  转过的圈数为n-1,单位时间转过的圈数为v:
  v=n-13t(6)
  我们读出计算器读数,测出总时间t,就可用(6)算电风扇单位时间转过的圈数.
  霍尔传感器测周期可以用来解决生活中的好多常见问题,这里列举了几例,仅供大家参考.
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