授课章节 |
第八章 霍尔传感器的原理及应用 |
授课形式 |
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教学目标 |
知识目标: 1、了解霍尔集成电路的分类和霍尔传感器的工作原理; 2、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性; 3、掌握霍尔传感器的应用。 能力目标: 素质目标: |
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教学重点 |
霍尔传感器的应用 |
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教学难点 |
开关型霍尔集成电路的特性 |
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补充内容 |
无 |
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教学场地 及教具使用 |
各种霍尔元件、霍尔传感器 |
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教 学 过 程 |
方法手段 时间分配 |
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导 入 |
霍尔传感器的应用实例都有哪些,请举例 |
提问 3分钟 |
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新 课 |
一、工作原理 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流I流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH,这种现象称为霍尔效应(Hall Effect),该电动势称为霍尔电动势(Hall EMF),上述半导体薄片称为霍尔元件(Hall Element)。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器(Hall Transducer)。
图8-1 霍尔元件示意图
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动画演示、PPT、提问、讨论、实物
87分钟 |
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新 课 |
霍尔集成电路(又称霍尔IC)的优点:体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。 霍尔集成电路的分类:线性型和开关型两大类。 线性型的内部电路: 霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上,输出电压为伏级,比直接使用霍尔元件方便得多。 开关型霍尔集成电路的内部电路: 霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门(集电极开路输出门)等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时,OC门由高阻态变为导通状态,输出变为低电平;当外加磁场强度低于释放点时,OC门重新变为高阻态,输出高电平。 霍尔电动势是关于I、B、θ三个变量的函数,即EH=KHIBcosθ,使其中两个量不变,将第三个量作为变量,或者固定其中一个量、其余两个量都作为变量,三个变量的多种组合等。 1)维持I、θ不变,则EH=f(B),这方面的应用有:测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔加速度计、微压力计等。 2)维持I、B不变,则EH=f(θ),这方面的应用有角位移测量仪等。 3)维持θ不变,则EH=f(IB),即传感器的输出EH与I、B的乘积成正比,这方面的应用有模拟乘法器、霍尔功率计、电能表等。 1.角位移测量仪 角位移测量仪结构示意图如图8-8所示。霍尔器件与被测物连动,而霍尔器件又在一个恒定的磁场中转动,于是霍尔电动势EH就反映了转角θ的变化。 5.霍尔电流传感器 能够测量直流电流,弱电回路与主回路隔离,能够输出与被测电流波形相同的“跟随电压”,容易与计算机及二次仪表接口,准确度高、线性度好、响应时间快、频带宽,不会产生过电压等。 (1)工作原理 用一环形(有时也可以是方形)导磁材料作成铁心,套在被测电流流过的导线(也称电流母线)上,将导线中电流感生的磁场聚集在铁心中。在铁心上开一与霍尔传感器厚度相等的气隙,将霍尔线性IC紧紧地夹在气隙中央。电流母线通电后,磁力线就集中通过铁心中的霍尔IC,霍尔IC就输出与被测电流成正比的输出电压或电流。 |
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知识拓展:无 |
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练习或训练 |
无 |
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课后小结 |
霍尔传感器在大学物理中涉及到,学生信心不足,容易找借口,应打消其不良想法! |
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布置作业 |
8.4 |
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