基于霍尔传感器的电流检测模块设计

目录
一、 绪论------------------------------------------------------ 2
1.1 概述----------------------------------------------------- 2 1.2 霍尔传感器的发展趋势------------------------------------- 2
二、 整体设计方案-------------------------------------------- 3 三、 硬件电路的设计----------------------------------------- 4
3.1 传感器模块----------------------------------------------- 4 3.2 A/D 转换模块---------------------------------------------- 5 3.3 数码管显示模块------------------------------------------- 6 3.4 电源电路模块--------------------------------------------- 7 3.5 复位模块------------------------------------------------- 8 3.6 时钟模块------------------------------------------------- 8
四、 系统的软件设计----------------------------------------- 9
4.1 电流检测装置软件程序流程图------------------------------- 9 4.2 系统程序设计--------------------------------------------- 9 4.2.1 定时器计数程序------------------------------------------ 9 4.2.2 外部中断程序-------------------------------------------- 10 4.2.3 初始化 MCU 程序------------------------------------------ 11 4.2.4 ADC 启动、读取、转换程序-------------------------------- 11 4.2.5 霍尔传感器 ACS712 的计算函数程序------------------------- 13 4.2.6 数码管显示程序------------------------------------------ 13 4.2.7 主程序-------------------------------------------------- 14
五、 结论与展望---------------------------------------------- 16 六、 心得体会------------------------------------------------- 17 七、 附录------------------------------------------------------ 18 八、 参考文献------------------------------------------------- 21

基于霍尔传感器的电流检测模块设计
一、绪论
1.1 概述 近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门以及人们生活的各个 方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而相继开发出来。单片机是一个器件 级的计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积 小，成本低，因此它可以应用到所有的电子系统中。AT89C51 是一种带 4K 字节 闪存的可编程可插除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复 的擦除多次，该器件采用 ATMEL 高密度非易失性存储器制造技术制造，与工业标 准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能的 8 位 CPU 和闪烁存储器 组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。 1.2 霍尔传感器的发展趋势 传感器的产业分类众多，其中霍尔传感器市场是第三大传感器产品市场。在 汽车行业、电脑、手机以及新兴消费电子领域都得到了广泛应用。未来几年，随 着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年 销售额将保持 20%到 30%的高速增长。于此同时，霍尔传感器的相关技术仍在不 断完善中，可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好 的市场前景。 在我们的日常生活中，霍尔传感器被广泛的应用。例如，在翻盖或是滑盖手 机中，用来检测手机翻开或是滑动的器件就是霍尔传感器；再比如，在电脑键盘 上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的；还有，在汽车变速箱、电 动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。可以说，我们在每天的生活中 都在与霍尔传感器打交道。 由于霍尔传感器应用的领域不同，因此各个市场对其的要求也不尽相同。手 机市场对霍尔传感器的主要要求包括尺寸、功耗和可调节的阈值。在工业和汽车 应用方面，霍霍尔传感器首先要满足工业或汽车认证对器件的要求，例如安全性、 稳定性和温度范围要达到相应的级别。

二、整体设计方案
由于 AT89C51 片内没有 A/D 转换，根据系统的设计要求，需要在片外扩展 A/D 转换接口。系统选用 ADC0804，ADC0804 的 DB0～DB7 分别接单片机的 P0.0～ P0.7，AGND、DGND、CS、VIN-接地，RD、WR 分别接单片机的 RD、WR 端，中断请 求 INTR 接单片机的 P2.0 口，VIN+接采集信号输入。调整变阻器 HAUBLAN20K， 使辅助参考端 VREF 脚得到 2.56V 标准电压。在 CLKIN、CLKOUT 端设计 RC 振荡电 路，由于 ADC0804 频率限制在 100Hz～1460kHz，通过对频率公式 F=1/(1.1RC) 的计算，选择电阻 R=20k，电容 C=200pF，即可得到符合设计要求的频率。
数码显示模块主要显示单片机的输出数据、状态等。系统显示部分采用共阴 极 8 段数码管，选用 CMOS BCD 七段字符显示译 MC14511BCP 作为它的驱动器件， 并在译码器和数码管之间接入分压电阻保护数码管，防止电压过高烧坏数码管。 数码显示部分采用动态扫描显示方法，4 个 MC14511BCP 译码器共用 4 条数据线。 其中 LE 端为片选端，置低电压时译码器被选中可以读数据，置高电压时译码器 暂存，保持显示数据不变。A、B、C、D 为数据输入端，分别接单片机的 P1.0～ P1.3 口；个片选端分别接单片机的 P1.4～P1.7 口。
系统由一个主控系统和一个检测模块组成。被测电流通过 ACS712 芯片时， 该芯片利用霍尔效应，将被测电流转换成 0～5V 的 DC 模拟信号，该模拟量经过 A/D 装置变成数字量。A/D 采样处理模块主要是对从 ADC0804 采集来的数据进行 处理，完成对二进制数据 BCD 码的转换，并且通过 P1 口输出显示，P1 口德低四 位输出 BCD 码，高四位为数码管的片选信号。ADC0804 与 AT89C51 的连接采用循 环扫描方式。当 A/D 转换结束后，ADC0804 向 CPU 发出一个信号，CPU 对转换后 的数字量进行处理，使数码管显示当前的电流值。

三、硬件电路的设计
3.1 传感器模块
3.1.1 电流传感器的工作原理
磁补偿式的工作原理是磁场平衡，即主回路电流 IP 在聚磁环所产生的磁场，
通过一个次级线圈的电流产生的磁场进行补偿，使霍尔器件处于检测零磁通的工
作状态，具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线产生的磁场被聚磁
环聚集，感应霍尔器件使之有一个信号输出，这一信号驱动相应的功率管导通，
从而获得一补偿电流 IS。这一电流通过多匝绕组产生的磁场与被测电流产生的
磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小，当 IP 与
匝数相乘所产生的磁场与 IS 与匝数相乘所产生的磁场相等时，IS 不再增加，霍
尔器件起到指示零磁通的作用。此时可以通过 IS 来测 IP，当有变化时，平衡受
到破坏，霍尔器件就有信号输出，即重复过程重新达到平衡。被测电流的任何变
化都会破坏这一平衡，一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出，经放大后，
立即有相应的电流流过次级绕组，对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平
衡所需的时间不到 1us。这是一个动态平衡的过程。
3.1.2 ACS712 简述
ACS712 器件主要由靠近芯片表面的铜制电流通路和精确的低置线性霍尔传
感器电路组成。被测电流流经的通路（引脚 1 和 2,3 和 4 之间的电路）的内电阻
通常是 1.2mΩ ,具有较低的功耗。流经铜制电流通路的电流所产生的磁场，能够
被片内的霍尔 IC 感应并将其转化为比例的电压。通过将磁性信号尽量靠近霍尔
可以消除芯片由于温度传感器来实现器件精确度的最优化。精确的成比例的输出
电压由稳定斩波型低偏置 BiCMOS 霍尔集成电路提供，该集成电路在出厂时已经
进行了精确的编程。稳定斩波技术是一种新技术，它给片内霍尔器件和放大器提
供最小的偏置电压，该技术几乎可以消除由温度所产生的误差。
ACS712 的引脚及功能
引脚
名称
功能及描述
1和2
IP+
被测电流输入或输出
3和4
IP-
被测电流输入或输出
5
GND
信号地

6 7 8 3.1.3 传感器电路
FILTER VIOUT VCC
外接电容 模拟电压输出
电源电压
3.2 A/D 转换模块 3.2.1 ADC0804 简述 ADC0804 是一个早期的 A/D 转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合得到 广泛应用。ADC0804 是一个 8 位、单通道、低价格的 A/D 转换器。主要特点是: ⑴.模数转换时间大约 100us； ⑵.方便的 TTL 或 CMOS 标准接口； ⑶.可以满足差分电压输入； ⑷.具有参考电压输入端； ⑸.内含时钟发生器； ⑹.单电源工作时输入信号范围是 0V～5V； ⑺.不需要调零等。

3.2.2 A/D 转换电路
3.3 数码管显示模块 3.3.1 MC14511BCP 的工作原理 本设计选用 MC14511 作为驱动芯片，以 8 端数码管作为显示器件的显示模块 作为系统的输出显示。为了数码管的安全，我们在数码管与驱动芯片之间加 1K 欧姆的电阻作为限流电阻，保证驱动芯片以及数码管的安全运行。 3.3.2 数码管的工作原理 在智能仪器仪表中广泛使用各种显示器来显示数据文字或者是图形画面，其 中最长用的显示器是 LED（发光二极管显示器），因为它具有驱动电路简单，配 置灵活方便，功耗低，响应速度快，可靠性高以及易于实现而且价格低廉等优点。 LED 显示实际上是由若干发光二极管构成的，当发光二极管导通时，相应的 一个点或者是一个笔画就发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字 符。

3.3.3 数码管电路
3.4 电源电路模块 3.4.1 电源设计 系统的供电电源由 220V-9V 变压器提供。考虑到变压器体积较大，且 220V 属于较高电压，容易影响板子芯片的正常工作，我们选择变压器独立外接的处理 办法。 变压器的二次侧输出电压为交流 9V 电源，经过整流桥得到脉动的直流电源， 经过滤波电容，稳压管 L7805，以及二次滤波电容的处理，得到复合系统要求的 +5V 电源，为装置的各部分电路供电，保证系统的正常运行。 3.4.2 电源电路

3.5 复位模块 51 系列的单片机复位信号由 RESET 引脚输入，高电平有效，当 RESET 引脚 输入高电平并保持两个机器周期以上时，单片机内部就会执行复位操作。为了保 证复位的成功，一般复位引脚 RESET 上只要出现 10ms 以上的高电平，单片机就 实现了可靠复位。在这里我选择手动复位的方式。当按下复位按钮后，电容 C 通过 10K 电阻迅速放电，使 RESET 迅速变为高电平，复位按钮松开后，电容通过 R 和内部下拉电阻放电，使 RESET 逐渐恢复为低电平，从而完成一次成功的复位。
3.6 时钟模块 单片机的时序就是 CPU 在执行指令时所需要的控制信号的时间顺序。单片机 的时钟信号用来为芯片内部各种微操作提供时间基准，也就是说在指令执行时， CPU 首先要到程序存储器中取出所需要执行的指令码，然后进行译码，并且产生 一系列控制信号去完成指令的执行操作。在这里我选择了用外部时钟的方式产生 时钟信号来控制单片机的工作时序。

四、系统的软件设计
4.1 电流检测装置软件程序流程图
开始
初始化 MCU，包括定时器，外部中断
初始化 ADC0804
启动 ADC0804 否
等待 ADC 转换完毕 是
读取 ADC 转换结果
根据转换结果，计算得电流值
电流值扩大 100 倍，便于显示
16 进制码转换成 BCD 码
驱动数码管显示电流值
结束
4.2 系统各程序设计 4.2.1 定时器计数程序 T1 和 T0 是两个独立的定时器/计数器，相互之间不会影响。至于定时和计 数功能，则由写入 TMOD（定时器/计数器方式控制寄存器）的值来确定当前定时 器是定时功能还是计数功能。因此在程序中，可以设置标志位 TR0 和 TMOD 配合， 当 TR0 是 1 时，定时器就执行计数功能，开始计数。定时器需要计数 16 位数。 因此选择模式为 1，即设置 TMOD=0x01。程序如下：

#include”public.h ”
u8 Cnt100ms ;
u8 Cnt1s ;
void Timer0ISR(void) interrupt 1
{
TL0 = (u8)(Interva10neMs) ;
TH0 = (u8)(Interva10neMs>>8) ;
ADC0804Start() ;
//启动 ADC 转换
}
void Timer0Initial(void)
{
TMOD |= 0x01 ;
//设置定时器 0 为模式 1
TL0 = (u8) Interva10neMs ; //初始化低 8 位
TH0 = (u8) (Interva10neMs>>8) ; //初始化高 8 位
ET0 = 1 ;
//允许定时器 0 中断
TR0 = 1 ;
//启动定时器 0，开始计数
} 4.2.2 外部中断程序 中断能使处理器在运行过程中对外部事件发出的中断请求及时地进行处理， 处理完成后又立即返回断点，继续进行处理器原来的工作。系统对 ADC0804 转换 结果执行外部中断，当系统未能读取转换结果时继续返回 ADC080 等待转换完毕。 中断程序如下： #include”public.h”

extern u8 ADCResult ; void INT0ISR(void) interrupt 0 //外部中断 0 服务函数 {
ADCResult = ADC0804ReadADResult() ; //取得 ADC 转换结果 } void INT0Initial(void) {
IT0 =1 ; //指定外部中断 0 下降沿触发 EX0 = 1 ; //使能外部中断 } 4.2.3 初始化 MCU 程序 根据系统要求，单片机要有外部中断、定时器计数，因此初始化单片机时要 初始化外部中断以及定时器来实现上述功能。 #include”public.h” void MCUInitial(void) { GlobalInterruptDisable() ; // 禁止全局中断 INT0Initial() ; //初始化外部中断 Timer0Initial() ; //初始化 Timer0 GlobalInterruptEnable() ; 允许全局中断 } 4.2.4 ADC 启动、读取、转换程序 ADC0804 的启动：ADC0804 中的 A/D 转换器在满足一定条件时开始一个转换 过程，这个条件就是：在实现片选 WR=0 的前提下，引脚上出现一个上升沿。

ADC 转换结果的读取：在 A/D 转换结束以后，ADC0804 的 RD 引脚将给出一个 低脉冲信号，如果把这个引脚直接连接到单片机的外部中断引脚，这个低脉冲将 引起单片机的中断，单片机可以在中断处理程序中读取 ADC0804 的转换结果。
ADC0804 的启动、读取程序如下： #include”public.h” void ADC0804Start(void) {
iADC0804WR = 0 ; iADC0804WR = 1 ; //上升沿启动 ADC0804 转换 } void ADC0804Initial(void) { iADC0804WR = 1 ; iADC0804RD = 1 ; //初始化状态为 WR，RD 均为高电平 } u8 ADC0804ReadADResult(void) { u8 ADTemp ; iADC0804RD = 0 ; //低电平为度数状态 ADTemp = iADC0804DATA ; //读取数据口 iADC0804RD = 1 ; return ADTemp ; //返回 ADC 转换结果 }

4.2.5 霍尔传感器 ACS712 的计算函数程序 计算函数如下： #include”public.h” Float ACS712ReadCurrent(u8 ADCValue) {
return (float)30*(ADCValue-127)/101 ; } 4.2.6 数码管显示程序 系统选用 4 个共阴极数码管来分别显示检测电流的十位、个位、小数点后一 位、小数点后两位，再将计算结果转换成 BCD 码并在数码管中显示出来。数码管 显示程序如下： #include”public.h” u8 DisplayBCD[4] ; u8 code SelectTable[] = {0x70,0xB0,0xD0,0xE0} ; void HEXTOBCD(u16 Hex) {
DisplayBCD[3] = Hex/1000 ; DisplayBCD[2] = Hex%1000/100 ; DisplayBCD[1] = Hex%100/10 ; DisplayBCD[0] = Hex%10 ; } void DisplaySevenSegment(u16 DisplayData) { static u8 Sel ;

u8 P0Temp ;
HEXTOBCD(DisplayData) ; //转换成 BCD 码
P0Temp = P0 ;
P0Temp &= 0xF0 ;
P0Temp |=DisplayBCD[Sel] ; //要显示的 BCD 码
P0Temp &= 0x0F ;
P0Temp |=SelectTable[Sel] ;
//选中一只数码管
P0 = P0Temp ;
if(Sel>3)
{
Sel = 0
}
} 4.2.7 主程序 主程序用来调用上述子程序，包括初始化单片机、初始化 ADC0804 等。 #include”public.h”
u8 ADCResult ;
float Current ;
u16 CurInt ;
void PowerOnInirial(void)
{
ADC0804Initial() ; //初始化 ADC0804
}

void main(void)
{
MCUInitial() ; //初始化 MCU
PowerOnInitial() ; //初始化上电默认状态
while(1)
{
Current = ACS712ReadCurrent(ADCResult) ;
CurInt = Current*100 ; //电流值乘以 100 以便显示
DisplaySevenSegment(CurInt) ;
//显示电流值
}
}

五、结论与展望
霍尔电流传感器是根据霍尔效应原理制成的，它有两种工作方式，磁平衡式 和直放式。霍尔式传感器的优点有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力 强和不损失被测电路能量等诸多优点。
霍尔式电流传感器是一种先进的、能隔离主回路和电子控制电路的电检测原 件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足。 可以测量任意波形的电流，如直流、交流和脉冲波形等。也可以对瞬态峰值进行 测量，其副边电路可以忠实的反应原边电流的波形。这一点普通互感器无法与其 相比。
霍尔电流传感器模块在工作区域内的精度优于 1%，该精度适合任何波形的
测量，而普通互感器的精度一般为 3%~5%，且值适合 50Hz 的正弦波形。并且
它的动态响应时间小于 7us，跟踪速度高于 50A/us，为提高现代控制系统的性
能提供了关键的基础，一般的普通互感器的动态响应时间为 10~20us，这显然 已经不适应工业控制系统发展的需要。
本设计使用的是有线的霍尔式电流传感器进行设计的，应用也比较广泛，但 是在某些应用领域受到了限制，因为有些应用领域需要用到无线技术，所以说， 可以在本设计的基础之上加上无线技术，如 ZigBee 等，实现信号的无线采集。

六、心得体会
我设计的课题是基于霍尔传感器的电流检测模块设计，经过一个星期的思考 和准备，通过对课题的设计，提高了自己各方面的能力，例如对书本基础知识的 掌握成度，对资料的查找方法，扩展了我的知识面。在学习的同时，也让我明白 了在收集资料的时候，不能一味的去抄，要取自己所需要的，而且要去其糟粕取 其精华。并加入自己的思想。一个星期下来，终于看到了自己的劳动成果，一种 胜利感油然而生。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈 向社会，从事职业工作前的一个比不可少的过程。今天认真的进行课程设计，学 会脚踏实地的迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基 础
短短几周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是如此的匮乏，自己综 合运用所学专业知识的能力是如此的不足，几年来学习了那么多的课程，今天才 知道自己并不会用。也让我学会了怎样去面对制作过程中遇到的各种困难。因此， 在以后的学习中，要注重理论与实践的结合。

七、附录 附录一：
名称 单片机 霍尔电流传感器 模数转换器 数码管 数码管驱动芯片 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 电容 电容 电容 电容 电容 开关 晶振 二极管 整流桥 变压器 稳压电源 插座
参数 AT89C51 ACS712 ADC0804
DS MC14511BCP
1K 7K 20K 电位器 20K 10K 22pF 0.01uF 100pF 200pF 10uF 100uF SW-PB 12MHz 4004 2W 220V-9V L7805 Header10
个数 1 1 1 4 4 2 4 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1

附录二：

附录三：

传感器测试实验报告

实验一 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、 实验目的： 了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv)

作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。

霍尔电流传感器的应用场合

霍尔电流传感器的应用场合 1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理：霍尔电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。

霍尔传感器制作实训报告

佛山职业技术学院 实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试 专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘ 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院

《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：

实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电

霍尔电流传感器说明书

'4 &, ????????????FS500EK1 Hall-effect Current Sensor Series ??????????????????????????????????ф????????????ǎ Open loop current sensor based on the principle of Hall-effect. It can be used for measuring AC,DC,pulsed and mi. ?????1,+15V 2,-15V 3,V out 4,0V(???) OFS,????GIN,???? Elucidation: 1:+15V 2:–15V 3: VOUT 4:0V(GND) OFS:Zero adjustment GIN:Gain adjustment ????/Remarks 1???????????????ǎ????????????????????????????????????ǎ2???????????????????????ǎ 3??????????????К???????????ǎ·Incorrect connection may lead to the damage of the sensor. ·VOUT is positive when the IP flows in the direction of the arrow. ???/Electrical characteristics ??Type ?????К?? Primary nominal input current ???????? Measuring range of primary current ????????Nominal output voltage ???? Supply voltage ???? Current consumption ???? Insulation voltage ???Linearity ??????Offset voltage ?????Residual voltage ??????Thermal drift of V0???? Response time ????(-3dB) Frequency bandwidth(-3dB) ?????? Ambient operating temperature ?????? Ambient storage temperature ???? Load resistance ?юStandard FS050EK1FS100EK1 FS200EK1 FS300EK1FS400EK1 FS500EK1 50 100 200 300 400 5000～±100 0～±200 0～±400 0～±600 0～±800 0～±1000 4±1%±12～±15(±5%) V C =±15V <25 ??????????2 .5KV ???/50Hz/1?? <1 T A =25℃ I PN ? I P =0 T A =-25?+85? 　<±1 DC ?20-25?+85 .GI/FS-0105 -40?+100A A V V mA %FS mV mV mV/℃?V kHz ℃℃??????mm ?/Dimensions of drawing (mm) I PN I P V OUT V C I C V d ?L V 0V OM V OT Tr f T A T S R L 5 electronics

传感器实验报告 (2)

传感器实验报告（二） 自动化1204班蔡华轩 U201113712 吴昊 U201214545 实验七： 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理：利用平板电容C=εA/d 和其它结构的关系式通过相应的结 构和测量电路可以选择ε、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而 只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度(ε变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。 三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏 检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。 四、实验步骤： 1、按图6-4 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图7-1。图 7-1 电容传感器位移实验接线图 3、将电容传感器实验模板的输出端V01 与数显表单元Vi 相接(插入主控 箱Vi 孔)，Rw 调节到中间位置。 4、接入±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm 图（7-1） 五、思考题： 试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构，并叙述一 下在此设计中应考虑哪些因素？ 答：原理：通过湿度对介电常数的影响从而影响电容的大小通过电压表现出来，建立起电压变化与湿度的关系从而起到湿度传感器的作用；结构：与电容传感器的结构答大体相同不同之处在于电容面板的面积应适当增大使测量灵敏度更好；设计时应考虑的因素还应包括测量误差，温度对测量的影响等

六：实验数据处理 由excle处理后得图线可知：系统灵敏度S=58.179 非线性误差δf=21.053/353=6.1% 实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。 它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。 根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中 运动时，它就可以进行位移测量。图8-1 霍尔效应原理 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、± 15Ｖ、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器按图8-2 安装。霍尔传感器与实验模板的连接 按图8-3 进行。1、3 为电源±4Ｖ，2、4 为输出。图8-2 霍尔 传感器安装示意图 2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW2 使数显表指示为零。

霍尔传感器用法

一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控 制电流I C ，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔 器件输出的电压讯号U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。

3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 1 。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串 联一个限流电阻R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。

霍尔电流传感器的电路设计

一种霍尔电流传感器的电路设计 设计了一种零磁通型霍尔电流传感器，可广泛应用于交流变频驱动、焊接电源、开关电源、不间断电源等领域。该零磁通型霍尔电流传感器通过砷化镓霍尔元件检测由通电电流产生的磁场，继而有效地检测被测电流。 由于霍尔元件产生的霍尔电势很微弱，而且还存在较大的失调电压，因此对霍尔电压的放大和对不等位电势的补偿是该设计的两个主要需要解决的问题，而且霍尔元件中载流子浓度等随温度变化而变化，因此还需用温度补偿电路对其温度补偿。 1 系统设计框架 系统分为4个部分：1)霍尔元件的供电电路，由电压基准(电流基准)芯片为霍尔片提供工作电流； 2)霍尔元件及磁芯，将感应片感应的磁场(该磁场由通电电流产生)转化为霍尔电压；3)放大电路，将微弱的霍尔电压进行放大；4)反馈部分，利用了磁平衡原理：一次侧电流所产生的磁场，通过二次线圈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。其系统总流程图如图1所示。 2 系统硬件电路设计 系统由±5 V的稳压源供电。用一片电压基准芯片REF3012为砷化镓系列的霍尔元件HW300B提供基准电压。HW300B是一款可采用电压模式供电和电流模式供电的霍尔元件，HW300B放在开有气隙的集磁环的气隙里，并用胶水加以固定(霍尔元件和集磁环相对位置如果发生变化，会影响产生的霍尔电势的大小)。霍尔元件的输出接至仪器放大器AD620，作为放大器的差模出入端和共模输入端。放大器的增益可通过调节1、8引脚之间的10 kΩ的电位器改变。放大器的输出接反馈线圈，该反馈线圈绕在集磁环上，其绕线方向能使通过它的电流产生的磁场与集磁环收集到的磁场方向相反。反馈线圈末端放1个75 kΩ的精阻接地，可以通过测量精阻两端的电压，计算反馈线圈中的电流，进而推算穿过集磁环中心的被测电流的大小。其具体电路图如图2所示。 2．1 REF3012 以SOT23-3封装的REF3012是一个高精度、低功耗、低电压差电压参考系列芯片。REF3012小尺寸和低功耗(最大50μA)非常适用于便携式和电池供电。它不需要负载电容，但对任何容性负载很稳定。因磁敏型霍尔元件很容易受温度的影响，可以采用恒流源供电以减小其温度系数。在该系统设计中，REF3012的输入引脚1接+5 V电源，并接10μF的旁路电容至地，该旁路电容对电源进行滤波，提高电源稳定性。而其输出引脚2接到HW300B的引脚1，并且也接1O μF的旁路电容至地，GND(地)引脚3接地。由于系统设计要求REF3012为HW300B提供2．5 V的基准电压，根据REF3012的数据资料可知，当输入电压为5 V 时，输出电压为2．5 V，所以REF3012引脚1接+5 V电压。 2．2 霍尔元件 本设计采用砷化镓系列的HW300B型霍尔元件，输出霍尔电压范围122～204mV，输入、输出阻抗为240～550 Ω，补偿电压为-7～7 mV，温度系数为-1．8％／℃。其输入可采用电压模式供电，也可采用电流模式供电。这里采用电压模式供电，即就是HW300B的引脚1、3为控制输入端，而引脚2、4为霍尔电压输出端。 霍尔元件是将磁场转换为电信号的线性磁敏元件，霍尔输出电压 式中，S为乘积灵敏度，mV／(mT·mA)；Ic为工作电流，mA；B为磁感应强度，mT。 本设计中，将霍尔元件放进开有气隙的集磁环的气隙里，并将霍尔元件和集磁环固定，这样可以感应出更大、更稳定的霍尔电势。式(1)中，当S与Ic一定，则Vh与B有直接线性关系。通电导体周围必然产生磁场，根据安培定律，电流与磁场的关系式∮BdI=μ0I0得：

霍尔电流传感器及其应用

霍尔电流传感器及其应用 在现代社会中,信息化的需求越来越庞大，传感器在信息采集中发挥了重要作用。他们可以把各种物理信息，按照一定的规则，为可测量的电信号。我们所测量的电信号，以及相关物理信息的关系的变化的基础上，我们可以得到所测量的物理的变化或大小。 根据该传感器的工作原理，我们可以划分成多种类型的传感器，如光电传感器，电荷传感器，电位型传感器，半导体传感器，电传感器，磁传感器，谐振式传感器，电动化学式传感器等等。 霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应原理，（可以音乐会的物理信息），如电流，磁场，位移，压力等，为电动势输出。它属于电位型传感器。当前，这种传感器主要是霍尔集成电路，核心单元是基于霍尔效应。这是由通过集成电路技术。因此，它不仅仅是一种集成电路，而是一种磁传感器。 本文根据实际应用，主要是霍尔电流传感器。 1 霍尔效应 在金属或半导体晶片放置在磁场中，并且如果有一个通过它的电流，会产生电动势，（在垂直方向上的电场和磁场，调用此种物理现象霍尔效应。） 在磁场中产生的洛伦兹力的作用下，通电的半导体芯片的载体，分别偏移积累到芯片的两侧，从而形成一个电场，称霍尔电场。霍尔电场产生的电场力，是相反的洛伦兹力，阻碍了继续堆积，直到（大厅）电场力和洛伦兹力。此时，芯片的两侧，将设置一个稳定的电压，这是霍尔电压。 2 霍尔电流传感器 随着城市人口和城市建设规模的扩大，以及各种电气设备的增加，功耗也越来越大。城市的供电设备经常超载，而电源环境越来越差，“测试”的权利越来越严重。因此电源问题越来越多的显现出来。现在，小功率电源设备已经越来越多的与新技术相结合。例如，开关电源，硬切换，软切换，参数稳压器，线性反馈稳压器，磁放大器技术，数控压力调节，PWM,,SPWM，电磁兼容等实际需求直接推动电源技术的发展和进步。为了检验并显示当前自动，自动保护功能和更先进的智能控制，过电流，过电压的危害。如发生时，电源技术与传感检测，传感采样，传感保护已成为一种趋势。传感器检测电流或电压，所谓的霍尔电流传感器应运而生，(并迅速成为最喜爱的设计师在我国的电源). 2.1 霍尔电流传感器的性能特性 霍尔电流传感器具有优越的性能，并且它是一种先进的电检测元件，它可以隔离主回路和电子控制电路。它有变压器和分流器的所有优点，并且在同一时间，克服了他们的缺点（变压器可以只施加的电源频率的测量，50赫兹，分流器是无法做隔离测量），使用同一个霍尔电流传感器模块检测元素，不仅可以测量AC,也可以检测直流，甚至可以检测瞬时峰值。它具有以下性能特点。 (1)测量任意波形的电流，如DC,AC乃至瞬态峰值参数测量的； (2)精度高。在工作区中的一般霍尔电流传感器模块的精度高于1%，并且是适用于任何波形测量精度； (3)线性度优于0.5%； (4)良好的动态性能。一般的电流传感器模块的动态响应时间小于7us，跟踪速度di|dt 是上述50A|us； (5)工作频段宽。它可以工作在频率范围从0到20KHZ非常好; (6)过载能力强。测量范围宽（0-10000A); (7)高可靠性。平均无故障工作是超过5*10000小时； (8)体积小，重量轻，易于安装系统，不会带来任何损失。

传感器测速实验报告(第一组)

传感器测速实验报告 院系： 班级： 、 小组： 组员： 日期：2013年4月20日

实验二十霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 利用霍尔效应表达式：U H=K H IB，当被测圆盘上装有N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器，当转盘上的磁钢转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V，转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分。 四、实验步骤 1、根据下图所示，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，调节探头对准转盘内的磁钢。 图 9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、黑（ ），不能接错。 3、将霍尔传感器的输出端插入数显单元F，用来测它的转速。 4、将转速调解中的转速电源引到转动源的电源插孔。 5、将数显表上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示电机的转速。 6、调节电压使转速变化，观察数显表转速显示的变化，并记录此刻的转速值。

五、实验结果分析与处理 1、记录频率计输出频率数值如下表所示： 电压（V) 4 5 8 10 15 20 转速（转/分）0 544 930 1245 1810 2264 由以上数据可得：电压的值越大，电机的转速就越快。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。

霍尔传感器的原理及应用

第八章霍尔传感器 课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析 难点：开关型霍尔集成电路的特性 重点：霍尔传感器的应用 教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。 采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元 件、霍尔传感器 各教学环节和内容 演示1： 将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出 端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣 器不响。 当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通， 蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例 如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。 演示2： 将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。 从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。 第一节霍尔元件的工作原理及特性 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E H，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 a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件： 其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。 由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示 E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B cosθ，这时的霍尔电动势为 E H=K H IB cosθ（8-2） 从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。 二、主要特性参数 （1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。 （2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。 A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA （4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。 提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。 A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs

霍尔效应测磁场实验报告(完整资料).doc

【最新整理，下载后即可编辑】 实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间： 一、实验室名称：霍尔效应实验室 二、 实验项目名称：霍尔效应法测磁场 三、实验学时： 四、实验原理： （一）霍耳效应现象 将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B 的磁 场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y 方向）垂直。如在薄片的横向（X 方向）加一电流强度为H I 的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z 方向将产生一电动势H U 。 如图1所示，这种现象称为霍耳效应，H U 称为霍耳电压。霍耳发现，霍耳电压H U 与电流强度H I 和磁感应强度B 成正比，与磁场方向薄片的厚度d 反比，即 d B I R U H H = （1） 式中，比例系数R 称为霍耳系数，对同一材料R 为一常数。因成品霍耳元件（根据霍耳效应制成的器件）的d 也是一常数，故d R /常用另一常数K 来表示，有 B KI U H H = （2） 式中，K 称为霍耳元件的灵敏度，它是一个重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。如果霍

耳元件的灵敏度K 知道（一般由实验室给出），再测出电流H I 和霍耳电压H U ，就可根据式 H H KI U B = （3） 算出磁感应强度B 。 图 1 霍 耳 效 应 示 意 图 图2 霍耳效应解释 （二）霍耳效应的解释 现研究一个长度为l 、宽度为b 、厚度为d 的N 型半导体制成的霍耳元件。当沿X 方向通以电流H I 后，载流子（对N 型半导体是电子）e 将以平均速度v 沿与电流方向相反的方向运动，在磁感应强度为B 的磁场中，电子将受到洛仑兹力的作用，其大小为 evB f B = 方向沿Z 方向。在B f 的作用下，电荷将在元件沿Z 方向的两端面堆积形成电场H E （见图2），它会对载流子产生一静电力E f ，其大小为 H E eE f = 方向与洛仑兹力B f 相反，即它是阻止电荷继续堆积的。当B f 和E f 达到静态平衡后，有E B f f =，即b eU eE evB H H /==，于是电荷堆积的两端面（Z 方向）的电势差为 vbB U H = （4）

霍尔电流传感器工作原理

霍尔电流传感器工作原理 1、直放式（开环）电流传感器（CS系列） 当原边电流I P流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。一般的额定输出标定为4V。 2、磁平衡式（闭环）电流传感器（CSM系列） 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。 3、霍尔电压（闭环）传感器（VSM系列）

霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似，也是以磁平衡方式工作的。原边电压VP通过限流电阻Ri产生电流，流过原边线圈产生磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流IS流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流IS精确的反映原边电压VP。 4、交流电流传感器（A-CS系列） 交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换，变为0～4V、0～20mA（或4～20mA）的标准直流信号输出供各种系统使用。

霍尔电流传感器的应用

霍尔电流传感器的应用 霍尔电流传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中以及新兴的太阳能、风能和地铁轨道信号、汽车电子等领域。 1、继电保护与测量： 在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用： 在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用： 在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接测和交流测的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用： 在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用①霍尔电流传感器发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，②霍尔电流传感器发出的信号控制逆变器，③

霍尔电流传感器控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用： 在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制： 电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用： 用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理： 霍尔电流传感器可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发

霍尔电流传感器的种类及工作原理

霍尔电流传感器的种类及工作原理 1.简介 霍尔电流传感器可以分为很多种，如果按照原理可以分为开环霍尔电流传感器（Open Loop Hall Effect）和闭环霍尔电流传感器(Close Loop Hall Effect)。基于开环原理的电流传感器结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，但也有很多缺点，如温度影响大，精度低，反应时间不够快，频带宽度窄等。而闭环霍尔电流传感器等特点是精度高，响应快，频带宽，但同时也有缺点，即过载能力差，体积较大，工艺比较复杂，同时价格也偏高。 1原理图如下： 开环原理霍尔电流传感器示意图 闭环原理霍尔电流传感器示意图 2 霍尔电流传感器的工作原理 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。 1图片来自PAS 网站

2.1 电流传感 器的输出信号 2当原边导线经过电 流传感器时，原边电流IP 会产生磁力线，原边磁力 线集中在磁芯气隙周围， 内置在磁芯气隙中的霍尔 电片可产生和原边磁力线 成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS*NS= IP*NP。其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS —副边圈匝数；NP / NS—匝数比，一般取NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS 一般小，只有10~400mA。如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2.2 电流传感器供电电压V A V A指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低。另外，传感器的供电电压V A又分为正极供电电压V A+和负极 供电电压V A-。要注意单相供电的传感器，其供电电压V Amin是双相供电电压V Amin 的2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。 2.3 测量范围Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围 一般高于标准额定值I 。 2.4霍尔电流传感器工作原理 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。 直放式电流传感器（开环式）：当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。 磁平衡式电流传感器（闭环式）：磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式： IS* NS= IP*NP。（其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。）磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip 2董高峰《浅析霍尔电流传感器的应用》

传感器实验报告

实验一 箔式应变片性能 一、实验目地： 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、了解实际使用的应变电桥的性能和原理。 二、实验原理： 本实验说明箔式应变片在单臂直流电桥、半桥、全桥里的性能和工作情况。 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当被测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为△R 1／R 1、△R 2／R 2、△R 3／R 3、△R 4／R 4，当使用一个应变片时，R ΔR R = ∑；当二个应变片组成差动状态工作，则有R R R Δ2=∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝R ，R R R Δ4=∑。 由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E ·∑R ，电桥灵敏度Ku ＝V ／△R ／R ，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E 、1/2E 和E.。由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无

关。 三、实验所需部件： 直流稳压电源（±4V 档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、砝码（20g ）、电压表（±4v ）。 四、实验步骤： 1、调零 开启仪器电源，差动放大器增益至100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V 。 图 （1） 3、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。 ＋－

简单易懂的霍尔电流传感器使用原理及相关霍尔型号

1、开环（直放式）霍尔电流传感器 当原边电流I P流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件（如HG-302C）进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。一般的额定输出标定为4V。开环霍尔电流传感器的优点是结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，开环式霍尔电流传感器一般线性度角差，且原边信号在上升和下降过程中副边输出会有不同。开环式霍尔电流传感器精度通常劣于1%。?一般开环电流传感器采用的霍尔是 HG-106A,HG-106C,HG-166A,HG-302A,HG-302C,HG-362A,SS495A,SS495A1。 2、闭环（磁平衡式）霍尔电流传感器 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件（如HW-300B,HW-302B）处于检测零磁通的工作状态。 当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件（HW-300B,HW-302B）就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不