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霍尔开关在称重装饰设计中的应用

返回列表 来源:华芯霍尔元件 浏览:0 发布日期:2020-09-11 09:03:26【

1879年霍尔首先发现霍尔效应这一物理现象随之霍尔效应的发展与应用逐渐广泛起来,目前已发现了量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应、反常霍尔效应等多位物理学家因研究霍尔效应有重大发现而获得诺贝尔奖。在霍尔效应的实际应用中最关键的是霍尔传感器,即霍尔开关。

目前常用到的霍尔开关多是由半导体材料加工而成。半导体中多选用N型硅,其霍尔灵敏度、温度特性、线性度都比较好,常用材料为InSb、InAs、CaAs、Ge等。同时霍尔开关也广泛应用在汽车、测量、控制、以及计算机等领域中。

霍尔效应基本原理:是带电粒子在磁场中运动时受到洛伦兹力的作用发生了偏转,而带电粒子被约束在固体材料中这种偏转就使得正负电荷在垂直电流和磁场的方向。上的不同侧产生聚积,从而在这两侧形成霍尔电动势这一现象叫做霍尔效应该电势差称为霍尔电动势。

在图1实验框图中,电源部分均为正负双电源+15 V和+2 V分别为放大电路和霍尔的供电电源。将霍尔置于不同磁场强度的磁场中霍尔开关的霍尔电动势则会发生变化。由于霍尔的输出信号比较微弱,不便于检测,因此后级接入放大电路可对其进行放大。放大后所得电压值显示在数字万用表上,可用于记录分析。实验装置搭建如图2所示。

图3为图2的半环形磁铁的原理图磁铁由两个半环形的磁铁组成且极性相异者相对则上下豁口的磁场强度方向相反。将霍尔片按照图2放置在该磁场中即霍尔片位于直线AB上并且使得初始测量位置位于圆心处。

两个半环形磁铁固定于该实验装置的悬臂梁的活动端上霍尔开关固定。当悬梁臂的活动端因某一压力的作用而活动时磁铁随之也会发生位置变化则霍尔开关与磁铁产生了相对位置的移动这便会引起霍尔所在磁场的磁感应强度发生变化霍尔开关的霍尔电动势也发生变化。由于输出信号较弱,因此需要连接放大电路对信号进行放大用数字万用表观察其示数。

现利用千分尺进行磁场特性测试:将千分尺固定并使其作用于悬臂梁的活动端初始时千分尺刻度为0.每次旋转千分尺使其下压0.500mm观察数字万用表的变化,记录数据并作图分析。

从以上实验数据和曲线图5中可得该磁铁的磁场分布具有以下特点:①圆环的豁口处磁场最强且是匀强磁场;②在磁铁原理图AB直线上除豁口处环内磁场分布只考虑二维平面时可似为线性磁场且圆环中心处的磁场强度为零。

根据上述磁场测试的结论我们可以在磁场的线性部分进行称重实验:悬梁臂作为载物台以多个20 g的砝码作为待测重物砝码的重力作用代替特性测试时千分尺的压力作用。每放置一枚砝码,观察万用表示数变化,记录数据并做出曲线图:

在初始状态下因机械结构的影响输出的霍尔电动势并不为零但这不影响测量结构我们只要验证出在放置重物质量的某一范围内质量的变化量与万用表的示数变化成正比即可。以上测试结果验证了假设的思路该装置可实现小物块的称重。需用标准物块测出该装置中物块重量和输出霍尔电动势之间的关系。拟合曲线方程为y=0.005x+0.5753 。x为质量y为霍尔电压。测重时只需利用所得的比例关系计算即可得到待测物块质量。

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