簡易開關(guān)型磁傳感器的制作與應(yīng)用
2015-01-09 17:14:26吳必龍
物理教學(xué)探討 2014年12期
吳必龍
摘 要：開關(guān)型磁傳感器是教材中有廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。本文介紹其工作原理、制作過程和實際應(yīng)用方法。是課內(nèi)知識的延伸，課后習(xí)題的拓展，效果很好的新實驗。
關(guān)鍵詞：開關(guān)型；磁傳感器；霍爾元件；轉(zhuǎn)速表
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）12（S）-0054-2
高中物理（人教版）選修3-2第六章第2節(jié)課后習(xí)題中，提到“當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器”，并簡要介紹了兩種類型的磁傳感器。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對磁傳感器非常感興趣，何不用它做一個測速裝置以滿足學(xué)生的好奇心呢？這樣，既可以加深對傳感器的理解，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。經(jīng)過很長時間的摸索與試驗，制作了一個簡易磁傳感器測轉(zhuǎn)速裝置，現(xiàn)將其制作過程與各位同仁分享。
1 元件性能介紹
1.1 線性霍爾元件
線性霍爾元件就是用放大電路將霍爾效應(yīng)放大的器件。當(dāng)在其正負(fù)極加上5 V電壓時，靜態(tài)時輸出為2.5 V。如果磁鐵的一個磁極慢慢靠近時，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上會慢慢升高。若另一個磁極慢慢靠近時，輸出就會在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢降低。
1.2 電壓比較器
電壓比較器是集成運放非線性應(yīng)用電路。它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅值相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，在各種電子設(shè)備中常常見到它的身影。
圖1所示是一個簡單的電壓比較器。Ua為參考電壓，加在運放的反相輸入端，輸入電壓Ub加在同相輸入端。當(dāng)Ub>Ua時，比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。
2 “開關(guān)型”霍爾傳感器的制作
2.1 電路圖
用線性霍爾元件與電壓比較器結(jié)合，成為一個開關(guān)型霍爾，電路圖如圖2。
2.2 工作原理
靜態(tài)時線性霍爾輸出為2.5 V，加到電壓比較器LM393一組的同相輸入端，比較器的反相輸入端由電阻R1、R2分壓得到略大于2.5 V的電壓（主要保證靜態(tài)時比較器輸出低電平），此時比較器的反相輸入端的電壓略大于同相輸入端的電壓，比較器輸出為高電平。當(dāng)磁鐵的一個磁極慢慢靠近，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢升高且大于反相輸入端的電壓時，比較器輸出躍變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管D1點亮。撤離磁鐵比較器則恢復(fù)高電平，發(fā)光二極管D1熄滅。整個過程表現(xiàn)為開關(guān)特性，稱“開關(guān)型霍爾”。
2.3 制 作
元件的選擇。圖2中，IC1為線性霍爾元件（可以從廢舊的電動自行車調(diào)速手把中取得）。IC2為比較器LM393。D1為發(fā)光二極管。電阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。電容C1（0. 1 μF）。
取一塊大小合適的敷銅板，按電路圖制成線路板，將元件安裝好。
3 實際應(yīng)用
如圖3所示，在非磁性材料的圓邊上粘一塊小的強磁鐵，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣上，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一脈沖，接上轉(zhuǎn)速表即可測出轉(zhuǎn)速。
由于開關(guān)型磁傳感器性能穩(wěn)定、靈敏度高、成本低廉，除作為教學(xué)演示之外，也確實具有一定的開發(fā)利用價值，這使學(xué)生真正體會到“物理源于生活，又回歸生活”。另外，如將轉(zhuǎn)速表改為計數(shù)器，可用于自動計數(shù)裝置中?？梢?，“開關(guān)型”磁傳感器在自動化控制中還是有著廣泛應(yīng)用的。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊成偉.用演示實驗突破物理習(xí)題課難點[J].物理教學(xué)探討，2009，（3）：60.
[2]王鶴新.加強實驗創(chuàng)新 提升思維能力[J].物理教學(xué)探討，2012，（1）：55.
（欄目編輯 王柏廬）
摘 要：開關(guān)型磁傳感器是教材中有廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。本文介紹其工作原理、制作過程和實際應(yīng)用方法。是課內(nèi)知識的延伸，課后習(xí)題的拓展，效果很好的新實驗。
關(guān)鍵詞：開關(guān)型；磁傳感器；霍爾元件；轉(zhuǎn)速表
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）12（S）-0054-2
高中物理（人教版）選修3-2第六章第2節(jié)課后習(xí)題中，提到“當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器”，并簡要介紹了兩種類型的磁傳感器。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對磁傳感器非常感興趣，何不用它做一個測速裝置以滿足學(xué)生的好奇心呢？這樣，既可以加深對傳感器的理解，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。經(jīng)過很長時間的摸索與試驗，制作了一個簡易磁傳感器測轉(zhuǎn)速裝置，現(xiàn)將其制作過程與各位同仁分享。
1 元件性能介紹
1.1 線性霍爾元件
線性霍爾元件就是用放大電路將霍爾效應(yīng)放大的器件。當(dāng)在其正負(fù)極加上5 V電壓時，靜態(tài)時輸出為2.5 V。如果磁鐵的一個磁極慢慢靠近時，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上會慢慢升高。若另一個磁極慢慢靠近時，輸出就會在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢降低。
1.2 電壓比較器
電壓比較器是集成運放非線性應(yīng)用電路。它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅值相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，在各種電子設(shè)備中常常見到它的身影。
圖1所示是一個簡單的電壓比較器。Ua為參考電壓，加在運放的反相輸入端，輸入電壓Ub加在同相輸入端。當(dāng)Ub>Ua時，比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。
2 “開關(guān)型”霍爾傳感器的制作
2.1 電路圖
用線性霍爾元件與電壓比較器結(jié)合，成為一個開關(guān)型霍爾，電路圖如圖2。
2.2 工作原理
靜態(tài)時線性霍爾輸出為2.5 V，加到電壓比較器LM393一組的同相輸入端，比較器的反相輸入端由電阻R1、R2分壓得到略大于2.5 V的電壓（主要保證靜態(tài)時比較器輸出低電平），此時比較器的反相輸入端的電壓略大于同相輸入端的電壓，比較器輸出為高電平。當(dāng)磁鐵的一個磁極慢慢靠近，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢升高且大于反相輸入端的電壓時，比較器輸出躍變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管D1點亮。撤離磁鐵比較器則恢復(fù)高電平，發(fā)光二極管D1熄滅。整個過程表現(xiàn)為開關(guān)特性，稱“開關(guān)型霍爾”。
2.3 制 作
元件的選擇。圖2中，IC1為線性霍爾元件（可以從廢舊的電動自行車調(diào)速手把中取得）。IC2為比較器LM393。D1為發(fā)光二極管。電阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。電容C1（0. 1 μF）。
取一塊大小合適的敷銅板，按電路圖制成線路板，將元件安裝好。
3 實際應(yīng)用
如圖3所示，在非磁性材料的圓邊上粘一塊小的強磁鐵，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣上，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一脈沖，接上轉(zhuǎn)速表即可測出轉(zhuǎn)速。
由于開關(guān)型磁傳感器性能穩(wěn)定、靈敏度高、成本低廉，除作為教學(xué)演示之外，也確實具有一定的開發(fā)利用價值，這使學(xué)生真正體會到“物理源于生活，又回歸生活”。另外，如將轉(zhuǎn)速表改為計數(shù)器，可用于自動計數(shù)裝置中?？梢?，“開關(guān)型”磁傳感器在自動化控制中還是有著廣泛應(yīng)用的。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊成偉.用演示實驗突破物理習(xí)題課難點[J].物理教學(xué)探討，2009，（3）：60.
[2]王鶴新.加強實驗創(chuàng)新 提升思維能力[J].物理教學(xué)探討，2012，（1）：55.
（欄目編輯 王柏廬）
摘 要：開關(guān)型磁傳感器是教材中有廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。本文介紹其工作原理、制作過程和實際應(yīng)用方法。是課內(nèi)知識的延伸，課后習(xí)題的拓展，效果很好的新實驗。
關(guān)鍵詞：開關(guān)型；磁傳感器；霍爾元件；轉(zhuǎn)速表
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）12（S）-0054-2
高中物理（人教版）選修3-2第六章第2節(jié)課后習(xí)題中，提到“當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器”，并簡要介紹了兩種類型的磁傳感器。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對磁傳感器非常感興趣，何不用它做一個測速裝置以滿足學(xué)生的好奇心呢？這樣，既可以加深對傳感器的理解，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。經(jīng)過很長時間的摸索與試驗，制作了一個簡易磁傳感器測轉(zhuǎn)速裝置，現(xiàn)將其制作過程與各位同仁分享。
1 元件性能介紹
1.1 線性霍爾元件
線性霍爾元件就是用放大電路將霍爾效應(yīng)放大的器件。當(dāng)在其正負(fù)極加上5 V電壓時，靜態(tài)時輸出為2.5 V。如果磁鐵的一個磁極慢慢靠近時，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上會慢慢升高。若另一個磁極慢慢靠近時，輸出就會在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢降低。
1.2 電壓比較器
電壓比較器是集成運放非線性應(yīng)用電路。它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅值相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，在各種電子設(shè)備中常常見到它的身影。
圖1所示是一個簡單的電壓比較器。Ua為參考電壓，加在運放的反相輸入端，輸入電壓Ub加在同相輸入端。當(dāng)Ub>Ua時，比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。
2 “開關(guān)型”霍爾傳感器的制作
2.1 電路圖
用線性霍爾元件與電壓比較器結(jié)合，成為一個開關(guān)型霍爾，電路圖如圖2。
2.2 工作原理
靜態(tài)時線性霍爾輸出為2.5 V，加到電壓比較器LM393一組的同相輸入端，比較器的反相輸入端由電阻R1、R2分壓得到略大于2.5 V的電壓（主要保證靜態(tài)時比較器輸出低電平），此時比較器的反相輸入端的電壓略大于同相輸入端的電壓，比較器輸出為高電平。當(dāng)磁鐵的一個磁極慢慢靠近，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢升高且大于反相輸入端的電壓時，比較器輸出躍變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管D1點亮。撤離磁鐵比較器則恢復(fù)高電平，發(fā)光二極管D1熄滅。整個過程表現(xiàn)為開關(guān)特性，稱“開關(guān)型霍爾”。
2.3 制 作
元件的選擇。圖2中，IC1為線性霍爾元件（可以從廢舊的電動自行車調(diào)速手把中取得）。IC2為比較器LM393。D1為發(fā)光二極管。電阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。電容C1（0. 1 μF）。
取一塊大小合適的敷銅板，按電路圖制成線路板，將元件安裝好。
3 實際應(yīng)用
如圖3所示，在非磁性材料的圓邊上粘一塊小的強磁鐵，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣上，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一脈沖，接上轉(zhuǎn)速表即可測出轉(zhuǎn)速。
由于開關(guān)型磁傳感器性能穩(wěn)定、靈敏度高、成本低廉，除作為教學(xué)演示之外，也確實具有一定的開發(fā)利用價值，這使學(xué)生真正體會到“物理源于生活，又回歸生活”。另外，如將轉(zhuǎn)速表改為計數(shù)器，可用于自動計數(shù)裝置中?？梢?，“開關(guān)型”磁傳感器在自動化控制中還是有著廣泛應(yīng)用的。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊成偉.用演示實驗突破物理習(xí)題課難點[J].物理教學(xué)探討，2009，（3）：60.
[2]王鶴新.加強實驗創(chuàng)新 提升思維能力[J].物理教學(xué)探討，2012，（1）：55.
（欄目編輯 王柏廬）