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[传送侦测]基于新型霍尔传感器的高精度直流隔离传送与检测

作者:佚名 来源:哪吒游戏网 2019-10-24 19:20:05

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第2 5卷 第 3期 2 0 1 2年 6月大ѧ物理ʵ验P HY S I C A LE X P E R I M E N TO FC O L L E G EV o l . 2 5N o . 3 J u n . 2 0 1 2文章编号: ( ) 1 0 0 7 ? 2 9 3 4 2 0 1 2 0 3 ? 0 0 1 1 ? 0 3基于新型霍尔传感器的高精度直流 隔离传送与检测杨春振, 石茂林, 郭晓伟( 四川大学,四川 成都 ) 6 1 0 0 6 4ժ要: 实验探究并验证了新型霍尔传感器在高精度直流隔离传送与检测中的应用传送侦测, 实验发现在直流隔离传送与检测中 , 霍尔传感器相比于其他传感器或互感器 , 具有传感精度高、 非线性好等突出优 点, 能够满足高精度隔离传送与检测的要求 。实验除具有实际应用价值外 , 还适合在高校物理基础试验 中开设相关课程。 关 键 词: 霍尔传感器; 直流; 隔离传送; 检测; 传感精度; 非线性; 大学物理实验 文献标志码: A 中图分类号: T P 2 7 7在监控系统中, 因不能共地或噪声等因素, 需 要对控制设备与受控设备之间进行电隔离, 才能 使控制设备正常安全可靠地运行 。

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而当受控设备 为直流稳压电源及其负载时, 一般隔离已经不能 必须对其进行高精度的直流 ( 静 满足实际需要, 电) 隔离。稳压电源向周围环境释放热量能够引 起环境温度的上升, 因光电传感器的温度效应特] 1 别明显[ , 很难实现高精度隔离。与此相比, 温度而副边电流I o 能够精确地反映出初级电流I i和 ] 3 ? 4 电压Ui 的值。 这就是磁平衡原理[ 。 利用磁平衡 原理, 可以设计出用于电压隔离传送检测的霍尔 电压传感器和用于电流传送隔离检测的霍尔电流 传感器。效应、 传感灵敏度、 线性度等特性均十分优良的霍 尔传感器凸显出来。 此外, 霍尔传感器在直流检测方面同样显示 出极大地优势。目前常用的电流检测手段有阻性] 2 分流器和电流互感器[ , 前者无法应用进行隔离测量, 后者只能用于低频交流测量, 在直流隔离检 测上均无法应用。而霍尔传感器却能集二者优点 于一体, 同时又克服了两者的不足。图1 磁平衡原理1 实验原理实验原理如图1所示, 被检测电压U i 在R i上 产生电流I , 同 I i i 在初级线圈 N 1 上产生磁通量 , 时霍尔元件上有霍尔电压出现。 当I i 在初级线圈2 直流电压高精度的隔离传送 与 检测 为了能够定量衡量霍尔电压传感器的性能, 定义了霍尔电压传感器的传感精度和非线性 。

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其 中, 传感精度为副边电压 Uo 与检测电压U i 的最 大偏差Δ UMAX ( ) UMAX = MA X U 1 Δ 非线性为最大偏差 Δ UMAX 与副边最大电压N1 上产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副 边电流I o 通过副边线圈 N 2 所产生的磁通量平衡时, 初级磁动势 N1 从 I I i 与副边磁动势 N 2 o 相等 。收稿日期: 2 0 1 1 ? 1 2 ? 0 61 2基于新型霍尔传感器的高精度直流隔离传送与检测表2 直流电流隔离传送与检测中霍尔电流传感器传感精度和 非线性测试 实验 编号UOM 的比值S。 根据实验原理, 按照图2所示的实验电路, 对霍尔传感器在直流电压隔离检测中的传感精度和 非线性进行了测量, 测量结果如表1所示。UMAX Δ / / / I A UX V UO V S i + + / VUO/ VUMAX Δ/ VS1 0 . 2 0 00 . 2 0 00 . 2 0 1 2 0 . 4 0 00 . 4 0 00 . 3 9 9 3 0 . 6 0 00 . 6 0 00 . 6 0 2 5 1 . 0 0 01 . 0 0 01 . 0 0 2 . 2 0 01 . 2 0 01 . 1 9 8 6 10 . 1 9 8 0 . 4 0 1 0 . 6 0 3 1 . 0 0 1 1 . 1 9 7. 0 0 20 . 1 7 %0 . 0 0 30 . 2 5 % . 8 0 00 . 8 0 00 . 7 9 90 . 8 0 20 4 0其中UX 是由I UO+ 、 S+ i 推算而来的电压值 , 为当I 从 增大到 时的测量结果 , 0 A 1 . 2 0 0 A UO 、 iS 为当I . 2 0 0A 减小到0A 时的测量结果。

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i 从1图2 直流电压隔离检测电路 表1 直流电压隔离检测中霍尔电压传感器传感精度和 非线性测试 实验 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 / U V iUO UMAX + Δ/ V / VS +UO/ V 0 . 1 9 9 0 . 4 9 9 0 . 8 0 1 1 . 0 0 2 1 . 5 0 3 1 . 9 9 8 2 . 5 0 2 2 . 9 9 9 4 . 0 0 3 5 . 0 0 2UMAX Δ/ VS0 . 2 0 0 0 . 1 9 9 0 . 5 0 0 0 . 4 9 8 . 8 0 0 0 . 8 0 1 0 . 0 0 0 1 . 0 0 2 1 1 . 5 0 0 1 . 5 0 1 2 . 0 0 0 2 . 0 0 2 . 5 0 0 2 . 5 0 2 2 3 . 0 0 0 3 . 0 0 0 . 0 0 0 4 . 0 0 2 4 5 . 0 0 0 5 . 0 0 1 . 0 0 20 . 0 4 % 0图3 直流电流隔离传送与检测电路由表2可知, 在直流电流隔离传送与检测中,. 0 0 30 . 0 6 % 0霍尔电流传感器的传感精度可达2m 非线性可 A, 达0 基本能够满足直流电流高精度隔离传 . 2 5 %, 送与检测的要求。

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4 结束语( ) 本实验验证了霍尔传感器在直流高精度 1 霍尔电压 隔离传送与检测中的应用。 实验发现, ( 流) 传感器在直流电压 ( 流) 隔离传送与检测中, 传感精度很高, 非线性也很好, 能够满足高精度隔 离与检测的要求。 ) 实验操作简便, 除实际应用价值外, 还适 ( 2 合在高校基础物理实验中开设相关内容, 以加深 学生对已广泛应用于各个领域的霍尔效应及霍尔 传感器的理解和认知。为减小实验误差, 对同一输入电压实验均进] 4 行了两次测量[ 。 其中UO+ 、 S+ 为当Ui从0 V 增大到5 V 时的测量结果, UO 、 S 为当Ui 从5 V 减小 到0 V 时的测量结果。 由表1可知, 在直流电压隔离传送与检测中, 霍尔电压传感器的传感精度可达 2m 非线性可 V, 达0 完全能够满足直流电压高精度隔离传 . 0 6 %, 送与检测的要求。3 直流电流高精度的隔离传送 与 检测对直流电流隔离传送 按照图3所示的电路, 与检测中霍尔电压传感器的传感精度和非线性进 行了测试, 测试结果如表2所示。参考文献:[ ] 传感器技术手册 [ 北京: 国防工业出版 1 M] . 袁希光. 社, 1 9 9 2 . [ ] 霍尔电流传感器及其应用 [ ] 电器开关, 2 J . 施涛昌. ( ) : 1 9 9 6 4 4 5 ? 4 7 . [ ] 戚伯云. 电磁 学 [ 北 京: 科 学 出 版 社, 3 M] . 张玉民, 2 0 0 0 .基于新型霍尔传感器的高精度直流隔离传送与检测 [ ] 何原, 朱俊. 大学物理实验 [ 北京: 高等 4 M] . 王植恒, 教育出版社, : 2 0 0 8 2 4 6 ? 2 5 4 . [ ] 唐涛. 基于霍尔效应的可调式直流电压传 5 瞿华富,1 3] 四川大学学报: 自然科学版, 感器的研制 [ J . 2 0 0 6 ( ) : 6 1 3 0 0 ? 1 3 0 4 .H i hA c c u r a c I s o l a t e dT r a n s m i s s i o na n dD e t e c t i o no fD CB a s e d g y o nN e wH a l l ? e f f e c t S e n s o r, , Y A N GC h u n ? z h e n S H IM a o ? l i n G U OX i a o ? w e i( , ) S i c h u a nU n i v e r s i t C h e n d u6 1 0 0 6 4 y g: A b s t r a c t T h e e x e r i m e n t d i s c u s s e s a n dv e r i f i e s t h e a l i c a t i o no f n e wH a l l ? e f f e c t s e n s o r i nt h e i s o l a ? p p p t e d t r a n s m i s s i o na n dd e t e c t i o no fD Cw i t hh i ha c c u r a c . C o m a r e dw i t ho t h e rs e n s o r so r t r a n s f o r m ? g y p , , e r s t h eH a l l ? e f f e c t s e n s o r h a s t h e a d v a n t a e o f h i h a c c u r a c f s e n s i t i v i t a n d l o wn o n l i n e a r i t w h e n g g yo y y a l i e d i n t h e i s o l a t e d t r a n s m i s s i o na n dd e t e c t i o no fD C. I t c a ns a t i s f t h e r e u i r e m e n t o f h i ha c c u r a ? p p y q g , c . E x c e t i t s a l i c a t i o nv a l u et h e e x e r i m e n t i s a l s os u i t a b l e f o r t h e c o l l e ep h s i c a l e x e r i m e n t . y p p p p g y p : ; ; ; ; ; K e o r d s H a l l ? e f f e c ts e n s o r d i r e c tc u r r e n t i s o l a t e dt r a n s m i s s i o n d e t e c t i o n a c c u r a c f s e n s i t i v i t yo y yw ; n o n l i n e a r i t o l l e ep h s i c a l e x e r i m e n t yc g y p櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿櫿 ( 上接4页)[ ] 温度对硅纳米线生长结构的影响 [ ] 辽宁 3 J . 李梦轲. 师范大学学报: 自然科学版, , ( ) : 2 0 0 7 3 0 2 1 7 2 ? 1 7 4 . [ ] 唐元洪. 硅纳米线的制备与生长机理 [ ] 4 J . 裴立宅, 材料科学与工程学报 , , ( ) : 2 0 0 4 2 2 6 9 2 2 ? 9 2 7 . [ ] 丁云桥, 段希娥. 硅纳米材料简介及硅纳米 5 刘茂玲, 线的现代合成方法 [ ] 有机硅材料, , ) : J . 2 0 0 9 2 3( 1 6 0 ? 6 2 . [ ] 石方 硅基 A 温下退火形貌及I 6 . u薄膜不同气、 ? V特 北京: 北京航空航天大学, 性研究[ D] . 2 0 0 9 . [ ] 奚中和, 俞大鹏, 等. 硅纳米线的固 - 液 - 7 邢英杰, 固热生 长 及 升 温 特 性 研 究 [ ] , 电 子 与 信 息 学 报, J , ( ) : 2 0 0 3 2 5 2 2 5 9 ? 2 6 2 . [ ] 用V ] 8 L S机制制备硅纳米线的生长阶段研究[ J . 邢英杰. 真空科学与技术, , ( ) : 2 0 0 2 2 2 3 3 3 ? 3 5 . [ ] 硅纳米线及硅纳米管 [ 北京: 化学工 9 M] . 唐元洪著. 业出版社, 2 0 0 7 .S t u d n t h eG r o w t ho f S i l i c o nN a n o w i r e s u n d e rA t m o s h e r eP r e s s u r e yo p, , , , Y UL e i L I N C H E NX i a o ? i MAX i n ? a o Y A NS h u a i C U IY i ? m i n j y( , ) B e i H a n n i v e r s i t B e i J i n 0 0 1 9 1 gu y g1: , ) A b s t r a c t I n t h i s a e r u s i n s o l i d ? l i u i d ? s o l i d( S L S r o w t hm e c h a n i s m, S i n a n o w i r e sw e r e f a b r i c a t e d p p g q g , o nS i s u b s t r a t e sb uc a t a l s tu n d e r a t m o s h e r ep r e s s u r e . I n t h e e x e r i m e n t s t h eS i s u b s t r a t e sw i t h yA y p p / ,d i f f e r e n t t h i c kA u f i l m s a r eh e a t e da t 1 0 5 0 ℃a n d1 0 8 0 ℃u n d e r f l o w i n r H i x i n a s r e s e c t i v e ? gA gg p 2m l . N a n o w i r e sw i t hd i f f e r e n t l e n t ha n dd i a m e t e r a r e i n s e c t e db EM传送侦测, e f f e c t s o f r o c e s s i n a r i a b l e s y g p yS p gv , , , s u c ha s t e m e r a t u r e f l o w i n a s v e l o c i t A u f i l mt h i c k n e s s a r e i n v e s t i a t e d a n d t h e e f f e c t s t o r o w t h p gg y g g m e c h a n i s ma r e a n a l z e d . y : ; ; K e o r d s s i n a n o w i r e s a t m o s h e r ep r e s s u r e S L Sg r o w t hm e c h a n i s m p yw

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