传感器设计实验报告：霍尔传感器的直流激励特性 中北大学 电子信息工程

一、实验目的和任务 了解霍尔式传感器的原理与特性。 二、实验仪器及器件 霍尔片、磁路系统、可调直流稳压电源、电压/频率表、差动放大器、电桥、测微头、主、副电源、振动平台。 三、实验内容及原理 霍尔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。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图 23-1（带正电的载流子）所示，把一块宽为 b，厚为 d 的导电板放在磁感应强度为 B 的磁场中，并在导电板中通以纵向电流 I，此时在板的横向两侧面 A，A′之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释），所产生的电动势 UH 称霍尔电压。 霍尔效应的数学表达式为：UH=RHIB/d=KHIB，式中 RH=-1/（ne）是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数；KH=RH/d 是灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用 N 型半导体材料（金属材料中自由电子浓度 n 很高。本实验采用的霍尔式传感器是由两个环形磁钢组 这篇实验报告详细介绍了霍尔传感器的直流激励特性和实验过程，旨在帮助学生理解霍尔效应的基本原理及其在实际应用中的重要性。霍尔传感器是一种利用霍尔效应将磁场变化转化为电动势输出的磁敏传感器。在实验中，学生通过观察和操作，掌握了霍尔传感器的构造、工作原理以及其在磁场测量中的应用。 霍尔效应是当半导体材料在电场和磁场共同作用下，由于洛伦兹力使得载流子发生偏移，从而在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差的现象。霍尔系数RH和灵敏度系数KH是衡量霍尔元件性能的关键参数，它们分别与半导体材料的物理常数和几何尺寸有关。在实验中，通常选用N型半导体材料作为霍尔元件，因为这类材料的自由电子浓度高，能产生较大的霍尔电压。 实验步骤包括了熟悉设备、安装和调整、数据测量等环节，其中核心是通过改变霍尔元件在梯度磁场中的位置，观察并记录霍尔电势V随位移X的变化，从而绘制V-X曲线。通过对曲线的分析，可以确定传感器的线性范围和灵敏度。实验数据显示，霍尔传感器在-1.5mm到1.5mm的位移范围内表现出较好的线性关系，并计算得到灵敏度为0.546 V/mm，非线性误差为4.68%。 实验结论强调了霍尔传感器在直流激励下的线性特性，这对于其在磁场测量和控制领域的应用具有重要意义。通过实验，学生不仅深化了对霍尔效应的理解，还锻炼了解决问题的能力，为未来在信息与通信工程、电子信息工程等领域的工作奠定了基础。