文档介绍：J I A N G S U U N I V E R S I T Y
传感器课程设计说明书
霍尔电流传感器设计
学院名称: 机械工程学院
专业班级: 测控技术与仪器0902 班
学生学号: 3090302033
学生姓名: 张娅雯
指导教师姓名: 鲍丙豪
2011年 1 月
目录
1、引言 - 2 -
2、霍尔效应的应用与发展 - 3 -
霍尔效应原理 - 3 -
霍尔元件的应用与当前发展状况 - 5 -
霍尔效应应用中存在的问题与注意事项 - 5 -
研究领域的展望 - 6 -
在应用领域方面的展望 - 6 -
新的霍尔元件结构 - 6 -
微型化 - 7 -
高灵敏度 - 7 -
高集成度 - 7 -
3、霍尔电流传感器的设计 - 8 -
设计任务书 - 8 -
方案设计--设计原理及思路 - 8 -
霍尔元件 - 11 -
芯片CA3140 - 13 -
单元电路设计 - 14 -
放大电路 - 14 -
不等位电势的消除 - 15 -
失调电路 - 15 -
4、实验结果与误差分析 - 16 -
实验数据获取与分析 - 16 -
误差分析 - 18 -
5、总结 - 18 -
参考文献 - 20 -
致谢 - 20 -
1、引言
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科,是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展,特别是电子信息科学的发展,极大地促进了现代传感器技术的发展。同时,我们也看到,传感器在日常生活中的运用越来越广泛,可以说它已成为了测试测量不可或缺的环节。因此,学习、研究并在实践中不断运用传感器技术是具有重大意义的。
伴随着城市人口和建设规模的扩大,各种用电设备的增多,用电量越来越大,城市的供电设备经常超负荷运转,用电环境变得越来越恶劣,对电源的“考验”越来越严重。据统计,每天用电设备都要遭受120 次左右各种电源问题的侵扰,电子设备故障的60%来自电源。因此,电源问题的重要性日益凸显出来。原先作为配角,资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视,电源技术遂发展成为一门崭新的技术。而今,小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步,为了自动检测和显示电流,并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制,具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势。检测电流或电压的传感器,即霍尔电流传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐。
霍尔电流传感器具有如下优点:1. 测量范围广:它可以测量任意波形的电流和电压,如直流、交流、脉冲、三角波形等,甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映。2. 响应速度快:最快者响应时间只为1us。3. 测量精度高:其测量精度优于1%,该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件,接入后影响被测信号波形,其一般精度为3%~5%,且只适合于50Hz 正弦波形。4. 线性度好:% 。5. 动态性能好:响应时间快,可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20ms。6. 工作频带宽:在0~100KHz 频率范围内的信号均可以测量。7. 可靠性高,平均无故障工作时间长:
平均无故障时间>5 10 小时。 8. 过载能力强、测量范围大:0---几十安培~上万安培。9. 体积小、重量轻、易于安装。由于霍尔电流电压传感器以上的优点,故而可广泛应用与变频调速装置、逆变装置、UPS 电源、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测电流电压的各个领域中。因此,我们有必要对霍尔电流传感器进行进一步的了解,了解其硬件组成,了解其工作原理,了解其误差来源等。
本课程设计过程中,我们将自行制作一个霍尔电流传感器,并用其检测电流。
2、霍尔效应的应用与发展
霍尔效应原理
1879年霍尔()在实验中发现:在均匀强磁场B中放入一块板状金属导体,并与磁场B方向垂直如图1,在金属板中沿与磁场B垂直的方向通以电流I的时候,在金属板上下表面之间会出现横向电势差UH 这种现象称为霍尔效应,电势差UH 称为霍尔电势差。进一步的观察实验还指出,霍尔电势差UH 大小与磁感应强度B和电流强度I的大小都成正比,而与金属板的厚度d成反比。即UH =RHIB/d