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文本内容:
请勿带走HYS-1型霍尔效应应用技术综合实验仪(专利号ZL
2005200333.6)说明书成都市华宁电器研究所制造四川大学物理学院监制
一、前言霍尔效应是美国科学家霍尔于1879年发现的由于它揭示了运动的带电粒子在外磁场中因受洛伦兹力的作用而偏转,从而在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势差的规律,因此该效应在科学技术的许多领域(测量技术、电子技术、自动化技术等)中都有着广泛的用途现在霍尔效应产品已经在自动化和信息技术中得到了广泛地应用特别是在用计算机进行四遥(遥测、遥控、遥信、遥调)监控的一些现代化设备中,应用磁平衡和磁比例式原理研制的霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔开关量传感器进行静电(直流)隔离,实现了直流电压高精度的隔离传送和检测,直流电流高精度的隔离检测和监控量越限时准确的隔离__从而在我国引起了许多科技人员对霍尔效应、霍尔元件以及应用霍尔效应的实用知识和实用技术的__针对上述情况,本实验仪将霍尔效应实验和霍尔效应应用实验结合在一起,采取基础性实验、应用性实验和设计性实验的方法,向实验者介绍霍尔效应知识、霍尔效应应用知识和高精度的直流隔离技术通过系列实验,可使实验者既懂得霍尔效应,又知道如何应用霍尔效应知识研制霍尔传感器的方法,还能够掌握一些应用霍尔传感器在自动检测、隔离监控和信息技术中进行直流隔离的多种实用技术,达到开阔视野、学用结合、化知识为能力的目的同时,本仪器设计先进、结构合理、使用安全、运行可靠、实验结果精确本实验仪于2006年4月荣获实用新型专利,2004年8月荣获第三届全国高校物理实验教学仪器评比二等奖,同时还荣获四川大学2001—2004年实验技术立项成果奖一等奖
二、用途
(一)实验功能
1.霍尔效应实验
2.直流电压高精度的隔离传送和检测实验
3.直流电流高精度的隔离检测实验
4.监控量(电压或电流)越限时准确的隔离__实验
(二)可开设的实验
1.基础性实验霍尔效应实验
2.应用性实验
(1)直流电压高精度的隔离传送和检测实验
(2)直流电流越限时准确的隔离__实验
3.设计性实验
(1)直流电流高精度的隔离检测实验
(2)直流电压越限时准确的隔离__实验
(三)可学习与实践的新知识和新技术新知识磁平衡原理磁比例式原理新技术直流电压高精度的隔离传送和检测技术直流电流高精度的隔离检测技术监控量电压或电流越限时准确的隔离__技术上述新知识和新技术属比较前沿的知识和技术,在我国相关资料极少但是这些知识和技术已在现代化的设备上得到了广泛的应用为了适应社会需求,现将上述实用新知识和实用新技术引入实验介绍给广大实验者
三、配置及结构
(一)配置1.霍尔效应实验板2.直流电压隔离传送和检测实验板3.直流电流隔离检测实验板4.监控量越限隔离__实验板
(二)结构本实验仪的主体见图1结构框图如图2(去掉箱盖的俯视图)所示,它是由上述四个实验板和固定在同一环氧板(面板)上的换向闸刀、数字表头及测量选择开关、接线柱、电源开关以及__在环氧板__(未画出)的电源所组成,所有器件组装在同一个铝合金箱内图2HYS-1型霍尔效应用技术综合实验仪框图使用时,从实验板存放盒中取出所做实验的实验板并固定在实验板位置上,即可接线做实验本实验仪上的一号表、二号表、三号表三个数字表头与测量选择开关配合,既能测电压,也能测电流当测量电压时,测量选择开关掷电压端;当测电流或不用时,测量选择开关掷电流端
四、霍尔效应的应用知识在用计算机进行监控的四遥(遥测、遥控、遥信、遥调)系统中,常常因为监控系统中的工控机与受控系统中的一些设备不能共地、或者在一些受控设备中存在着噪声干扰等原因,必须在工控机与上述受控设备之间进行电隔离,才能保护工控机的安全和可靠的工作在隔离中,当被监控的设备是直流开关稳压电源及其负载(用电设备)时,所需要的隔离就不能是一般简单的隔离,而必须是高精度的静电(直流)隔离,其内容包括直流电压高精度的隔离传送和检测、直流电流高精度的隔离检测、监控量越限时准确的隔离__显然,要实现上述高精度的直流隔离应用光电式传感器是不行的,因为稳压电源释放的热量将引起环境温度的变化,而环境温度的变化将导致光电式传感器的光电流和暗电流的变化,因此无法达到高精度隔离的目的为了克服上述困难而采用了霍尔传感器,由于霍尔传感器应用了磁平衡原理和磁比例式原理,再加上霍尔元件良好的温度特性,因此霍尔传感器不仅传感精度高、线性度好,而且温度漂移小、输入与输出之间高度隔离,所以取得了很好的结果,实现了直流电压高精度的隔离传输和检测、直流电流高精度的隔离检测、监控量越限时准确的隔离__
(一)磁平衡原理如图3所示,当原边电流IIN在原边线圈N1上所产生的磁通量与霍尔电压经放大后而形成的副边电流I0通过副边线圈N2所产生的磁通量平衡时,原边磁动势N1IIN等于副边磁动势N2I0,因此副边电流I0将精确地反映出原边电流值IIN,这就是磁平衡原理
(二)磁比例式原理如图4所示,输入电流IIN所产生的磁场B与IIN的大小成正比,根据霍尔效应原理,处在磁场B中并与B垂直的霍尔元件所产生的霍尔电压又与磁场B成正比,于是霍尔元件产生的霍尔电压与输入电流IIN成比例这就是磁比例式原理
(三)霍尔传感器的主要性能指标由于霍尔效应用于电量隔离的产品即为霍尔传感器,用于电压隔离传送和检测的产品称为霍尔电压传感器,用于电流隔离检测的产品称为霍尔电流传感器,用于监控量越限隔离__的产品称为霍尔开关量传感器,因此,直流电压隔离传送实验板、直流电流隔离检测实验板、监控量越限隔离保护实验板均为传感器衡量传感器基本性能的主要指标有很多,如传感精度、线性度、重复性、温漂、稳定性等在这里只介绍最主要的、可用于学生实验的两个重要性能指标1.传感精度精度,即表示测量结果与“真值”的靠近程度,一般用极限误差来表示,或者用极限误差与满量值之比按百分数给出定义△U__x为霍尔传感器的电压传感精度,则有
(1)2.线性度线性度又称非线性,即表示传感器的输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的靠近程度传感器的线性度是用选定的工作直线与实际工作曲线之间最大的偏差与满量程输出之比表示由于工作直线的作法不同,线性度的数值也就不同在一般情况下,通常采用端点线性度来表示如图5所示,端点是指与量程的上下限值对应的标定数据点通常取零点作为端点直线的起点,满量程为终点通过这两个端点的直线称为端点直线根据这条直线确定的线性度称为端点线性度,用+S、-S表示
(2)
(3)
五、实验功能介绍
(一)霍尔效应实验1.实验内容
(1)研究霍尔电压与工作电流的关系
(2)测量电磁铁磁场,研究霍尔电压与磁场的关系
(3)研究消除霍尔效应的几个副效应的方法
(4)学习消除失调电压的方法2.实验板霍尔效应实验板如图6所示图6霍尔效应实验板3.实验电路霍尔效应实验电路如图7所示图7霍尔效应实验电路(注图7中,一号表为mV/__表,工作电流IH__与霍尔电压UH(mV)均用该表测量,当测量UH时,测量选择开关掷mV端,当测量IH或不用时,测量选择开关掷__端二号表不用,未画出)
(二)直流电压高精度的隔离传送和检测实验1.实验内容
(1)研究直流电压高精度的隔离传送和检测的方法
(2)测量霍尔电压传感器隔离传送和检测直流电压的传感精度和线性度2.实验板直流电压隔离传送和检测实验板(霍尔电压传感器)如图8所示图8直流电压隔离传送和检测实验板3.实验电路直流电压高精度隔离传送和检测实验电路如图9所示图9直流电压高精度的隔离传送和检测实验电路
(三)直流电流高精度的隔离检测实验1.实验内容
(1)研究直流电流高精度的隔离检测的方法
(2)测量出霍尔电流传感器隔离检测直流电流的精度和线性度2.实验板直流电流隔离检测实验板(霍尔电流传感器)如图10所示图10直流电流隔离检测实验板3.实验电路直流电流高精度的隔离检测实验电路如图11所示图11直流电流隔离检测实验电路
四、监控量越限时准确的隔离__实验1.实验内容
(1)研究监控量(电压、电流)越限时隔离__的方法
(2)测量霍尔开关量传感器在监视控量(电压或电流)越限时隔离__的准确性(精度)2.实验板监控量(电压或电流)越限时准确的隔离__实验板(霍尔开关量传感器)如图12所示图12监控量越限隔离__实验板3.实验电路监控量(电流)越限时隔离__实验电路如图13所示在图13中,若不接电流表(A),将稳压电源的负极与IIN的负接通后,再将电压表(V)并接在IIN的正负极上,此电路即为监控量(电压)越限时准确的隔离__实验电路__按实验功能分为两种
1、一个实验霍尔效应实验功能,定价3600元/台
2、五个实验霍尔效应实验、二个应用性实验、二个设计性实验功能,定价5800元/台成都市华宁电器研究所地址四川大学第二理科大楼邮编610064__人瞿华富
85413109、13699029686图1HYS-1型霍尔效应应用技术综合实验仪式V0~20VV0~20V磁芯副边线圈IINI0功放UH放大UH霍尔元件N2N10U0IR副边电流L图3磁平衡原理图4磁比例式原理图图5传感器的端点线性度N2N1N2N1IINAVc报警电路越限设置5稳压电源电流表A磁芯霍尔元件监控量越限隔离__实验板图13监控量(电流)越限时准确的隔离__实验电路。