霍爾傳感器測(cè)周期在生活中的應(yīng)用

任于鵬??

基于新課標(biāo)高中物理選修3-1第103頁(yè)課題研究—霍爾效應(yīng)這一問(wèn)題，通過(guò)查閱資料，寫(xiě)下本文，僅供大家參考.

霍爾效應(yīng)（Hall effect）作為一種磁電效應(yīng)，它是1879年由美國(guó)物理學(xué)家霍爾（E.H.Hall）發(fā)現(xiàn)并以此命名的，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)比較明顯，因此現(xiàn)在有各種各樣的用半導(dǎo)體制成的霍爾傳感器.霍爾傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度高，在電、磁測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用前景，本文主要淺談霍爾傳感器測(cè)周期在生活中的應(yīng)用.

1霍爾效應(yīng)原理

霍爾效應(yīng)原理如圖1所示.在洛倫茲力的作用下，上下表面將分別有正負(fù)電荷積聚，形成橫向電場(chǎng)E

H （ 稱(chēng)為霍爾電場(chǎng)），達(dá)到平衡時(shí)，qEH=qvB或EH=vB洛倫茲力與電場(chǎng)力抵消，霍爾電壓為

U=φ1-φ2=vBb（1）

b是導(dǎo)體板長(zhǎng)度，d代表板厚，v代表載流子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率，則v可看作載流子定向運(yùn)動(dòng)在單位時(shí)間所走過(guò)的路程，故單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)導(dǎo)體板橫截面積bd的電荷等于體積 vbd內(nèi)的電荷.設(shè)單位體積內(nèi)載流子數(shù)為n，則這份電荷等于qnvbd，流過(guò)橫截面的電流為I=qnvbd.

將其代入（1）得：

U=IBnqd（2）

2用霍爾傳感器測(cè)周期原理

用霍爾傳感器HC和“838”計(jì)算器組成電路原理圖如圖2所示.我們不妨把圖2裝置叫作周期測(cè)量?jī)x.UCC=3V，R1=910Ω，R2，R3為分壓電阻.接通電源，霍爾傳感器HC輸出高電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B增加到閾值時(shí)，輸出U0立即變?yōu)榈碗娖?，?dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B低到釋放點(diǎn)時(shí)，U0從低電平調(diào)到高電平.經(jīng)過(guò)一周期，磁鋼接近一次霍爾傳感器，自動(dòng)發(fā)出檢測(cè)脈沖，經(jīng)R2，R3分壓后，由C，D兩點(diǎn)取出的脈沖信號(hào)送入“838”計(jì)算器的“=”號(hào)鍵兩端作計(jì)數(shù).

制作時(shí)，打開(kāi)“838”計(jì)算器的后蓋，找出與“=”鍵相應(yīng)的銅箔接點(diǎn).這兩點(diǎn)間有1.5V的電壓，焊出兩根引線(xiàn)，正接點(diǎn)接“C”點(diǎn)，另一點(diǎn)接“D”點(diǎn).計(jì)數(shù)時(shí)，合上計(jì)算器電源，再依次按動(dòng)鍵“0”，“+”，“1”每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，HC檢測(cè)到的信號(hào)即送入計(jì)算器”=”兩端作一次累加計(jì)數(shù).當(dāng)計(jì)算器顯示1時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)n個(gè)周期，計(jì)算器讀數(shù)n+1時(shí)停此計(jì)時(shí).讀出總時(shí)間t，周期T：

T=tn（3）

3霍爾傳感器測(cè)周期在生活中的應(yīng)用3.1測(cè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)的圈數(shù)

測(cè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)的圈數(shù)原理圖如圖3所示，一繞軸圓面，圓面上均勻分布著磁鋼，霍爾傳感器緊挨圓面邊沿.霍爾傳感器按圖2周期測(cè)量?jī)x的原理圖安裝.

圓面繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鋼與周期測(cè)量?jī)x相遇，磁鋼與霍爾傳感器相遇一次，計(jì)算器讀數(shù)累加一次，先測(cè)出轉(zhuǎn)一圈的讀數(shù)A.圓的半徑R，共轉(zhuǎn)過(guò)的讀數(shù)為n，總路程為s：

s=2nπRA（4）

我們讀出計(jì)算器讀數(shù)，就能用（4）算出小汽車(chē)一天的里程.

3.2小汽車(chē)一天里程的測(cè)量

在觸發(fā)葉輪上，均勻安裝4塊磁鋼，從經(jīng)過(guò)飛輪轉(zhuǎn)軸的外殼（外殼固定在小汽車(chē)上），焊接一根鋼板出來(lái)，鋼板長(zhǎng)度與磁鋼離軸心距離相等.

將霍爾集成塊安裝在鋼板末端，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾傳感器與磁鋼第一次相遇時(shí)計(jì)算器顯示“1”，經(jīng)過(guò)一天的行駛，計(jì)算器讀書(shū)數(shù)n，測(cè)得車(chē)輪半徑R.一天行駛路程為s：

s=2n-1πR4（5）

我們讀出計(jì)算器讀數(shù)，根據(jù)已知量用（5）就可算出小汽車(chē)一天的里程.

3.3電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的測(cè)量

電風(fēng)扇一般只有檔位1，2，3.并不知道每檔對(duì)應(yīng)多少轉(zhuǎn)每秒，為此進(jìn)行如下改裝來(lái)測(cè)得其轉(zhuǎn)速.圖5把永磁鋼裝在金屬網(wǎng)里，并把金屬網(wǎng)焊接在電風(fēng)扇葉邊沿上，將圖5霍爾集成塊安裝在外罩上面，當(dāng)磁鋼與霍爾傳感器相遇時(shí)，距離非常?。? mm-5 mm），相遇一次，霍爾傳感器集成塊的計(jì)算器讀數(shù)增加1.

當(dāng)顯示器讀數(shù)為1開(kāi)始計(jì)時(shí)，顯示器讀數(shù)為n時(shí)，停此計(jì)時(shí)，讀出總時(shí)間t，

轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)為n-1，單位時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)為v：

v=n-13t（6）

我們讀出計(jì)算器讀數(shù)，測(cè)出總時(shí)間t，就可用（6）算電風(fēng)扇單位時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù).

霍爾傳感器測(cè)周期可以用來(lái)解決生活中的好多常見(jiàn)問(wèn)題，這里列舉了幾例，僅供大家參考.