简易开关型磁传感器的制作与应用
2015-01-09 17:14吴必龙
物理教学探讨 2014年12期
吴必龙
摘 要：开关型磁传感器是教材中有广泛应用的重要内容之一。本文介绍其工作原理、制作过程和实际应用方法。是课内知识的延伸，课后习题的拓展，效果很好的新实验。
关键词：开关型；磁传感器；霍尔元件；转速表
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）12（S）-0054-2
高中物理（人教版）选修3-2第六章第2节课后习题中，提到“当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制在一起的磁传感器”，并简要介绍了两种类型的磁传感器。笔者在教学中发现，学生对磁传感器非常感兴趣，何不用它做一个测速装置以满足学生的好奇心呢？这样，既可以加深对传感器的理解，还能激发学生学习物理的热情。经过很长时间的摸索与试验，制作了一个简易磁传感器测转速装置，现将其制作过程与各位同仁分享。
1 元件性能介绍
1.1 线性霍尔元件
线性霍尔元件就是用放大电路将霍尔效应放大的器件。当在其正负极加上5 V电压时，静态时输出为2.5 V。如果磁铁的一个磁极慢慢靠近时，输出在2.5 V的基础上会慢慢升高。若另一个磁极慢慢靠近时，输出就会在2.5 V的基础上慢慢降低。
1.2 电压比较器
电压比较器是集成运放非线性应用电路。它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅值相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换领域，在各种电子设备中常常见到它的身影。
图1所示是一个简单的电压比较器。Ua为参考电压，加在运放的反相输入端，输入电压Ub加在同相输入端。当Ub>Ua时，比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。
2 “开关型”霍尔传感器的制作
2.1 电路图
用线性霍尔元件与电压比较器结合，成为一个开关型霍尔，电路图如图2。
2.2 工作原理
静态时线性霍尔输出为2.5 V，加到电压比较器LM393一组的同相输入端，比较器的反相输入端由电阻R1、R2分压得到略大于2.5 V的电压（主要保证静态时比较器输出低电平），此时比较器的反相输入端的电压略大于同相输入端的电压，比较器输出为高电平。当磁铁的一个磁极慢慢靠近，输出在2.5 V的基础上慢慢升高且大于反相输入端的电压时，比较器输出跃变为低电平，发光二极管D1点亮。撤离磁铁比较器则恢复高电平，发光二极管D1熄灭。整个过程表现为开关特性，称“开关型霍尔”。
2.3 制 作
元件的选择。图2中，IC1为线性霍尔元件（可以从废旧的电动自行车调速手把中取得）。IC2为比较器LM393。D1为发光二极管。电阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。电容C1（0. 1 μF）。
取一块大小合适的敷铜板，按电路图制成线路板，将元件安装好。
3 实际应用
如图3所示，在非磁性材料的圆边上粘一块小的强磁铁，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘上，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一脉冲，接上转速表即可测出转速。
由于开关型磁传感器性能稳定、灵敏度高、成本低廉，除作为教学演示之外，也确实具有一定的开发利用价值，这使学生真正体会到“物理源于生活，又回归生活”。另外，如将转速表改为计数器，可用于自动计数装置中。可见，“开关型”磁传感器在自动化控制中还是有着广泛应用的。
参考文献：
[1]杨成伟.用演示实验突破物理习题课难点[J].物理教学探讨，2009，（3）：60.
[2]王鹤新.加强实验创新 提升思维能力[J].物理教学探讨，2012，（1）：55.
（栏目编辑 王柏庐）
摘 要：开关型磁传感器是教材中有广泛应用的重要内容之一。本文介绍其工作原理、制作过程和实际应用方法。是课内知识的延伸，课后习题的拓展，效果很好的新实验。
关键词：开关型；磁传感器；霍尔元件；转速表
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）12（S）-0054-2
高中物理（人教版）选修3-2第六章第2节课后习题中，提到“当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制在一起的磁传感器”，并简要介绍了两种类型的磁传感器。笔者在教学中发现，学生对磁传感器非常感兴趣，何不用它做一个测速装置以满足学生的好奇心呢？这样，既可以加深对传感器的理解，还能激发学生学习物理的热情。经过很长时间的摸索与试验，制作了一个简易磁传感器测转速装置，现将其制作过程与各位同仁分享。
1 元件性能介绍
1.1 线性霍尔元件
线性霍尔元件就是用放大电路将霍尔效应放大的器件。当在其正负极加上5 V电压时，静态时输出为2.5 V。如果磁铁的一个磁极慢慢靠近时，输出在2.5 V的基础上会慢慢升高。若另一个磁极慢慢靠近时，输出就会在2.5 V的基础上慢慢降低。
1.2 电压比较器
电压比较器是集成运放非线性应用电路。它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅值相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换领域，在各种电子设备中常常见到它的身影。
图1所示是一个简单的电压比较器。Ua为参考电压，加在运放的反相输入端，输入电压Ub加在同相输入端。当Ub>Ua时，比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。
2 “开关型”霍尔传感器的制作
2.1 电路图
用线性霍尔元件与电压比较器结合，成为一个开关型霍尔，电路图如图2。
2.2 工作原理
静态时线性霍尔输出为2.5 V，加到电压比较器LM393一组的同相输入端，比较器的反相输入端由电阻R1、R2分压得到略大于2.5 V的电压（主要保证静态时比较器输出低电平），此时比较器的反相输入端的电压略大于同相输入端的电压，比较器输出为高电平。当磁铁的一个磁极慢慢靠近，输出在2.5 V的基础上慢慢升高且大于反相输入端的电压时，比较器输出跃变为低电平，发光二极管D1点亮。撤离磁铁比较器则恢复高电平，发光二极管D1熄灭。整个过程表现为开关特性，称“开关型霍尔”。
2.3 制 作
元件的选择。图2中，IC1为线性霍尔元件（可以从废旧的电动自行车调速手把中取得）。IC2为比较器LM393。D1为发光二极管。电阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。电容C1（0. 1 μF）。
取一块大小合适的敷铜板，按电路图制成线路板，将元件安装好。
3 实际应用
如图3所示，在非磁性材料的圆边上粘一块小的强磁铁，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘上，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一脉冲，接上转速表即可测出转速。
由于开关型磁传感器性能稳定、灵敏度高、成本低廉，除作为教学演示之外，也确实具有一定的开发利用价值，这使学生真正体会到“物理源于生活，又回归生活”。另外，如将转速表改为计数器，可用于自动计数装置中。可见，“开关型”磁传感器在自动化控制中还是有着广泛应用的。
参考文献：
[1]杨成伟.用演示实验突破物理习题课难点[J].物理教学探讨，2009，（3）：60.
[2]王鹤新.加强实验创新 提升思维能力[J].物理教学探讨，2012，（1）：55.
（栏目编辑 王柏庐）
摘 要：开关型磁传感器是教材中有广泛应用的重要内容之一。本文介绍其工作原理、制作过程和实际应用方法。是课内知识的延伸，课后习题的拓展，效果很好的新实验。
关键词：开关型；磁传感器；霍尔元件；转速表
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）12（S）-0054-2
高中物理（人教版）选修3-2第六章第2节课后习题中，提到“当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制在一起的磁传感器”，并简要介绍了两种类型的磁传感器。笔者在教学中发现，学生对磁传感器非常感兴趣，何不用它做一个测速装置以满足学生的好奇心呢？这样，既可以加深对传感器的理解，还能激发学生学习物理的热情。经过很长时间的摸索与试验，制作了一个简易磁传感器测转速装置，现将其制作过程与各位同仁分享。
1 元件性能介绍
1.1 线性霍尔元件
线性霍尔元件就是用放大电路将霍尔效应放大的器件。当在其正负极加上5 V电压时，静态时输出为2.5 V。如果磁铁的一个磁极慢慢靠近时，输出在2.5 V的基础上会慢慢升高。若另一个磁极慢慢靠近时，输出就会在2.5 V的基础上慢慢降低。
1.2 电压比较器
电压比较器是集成运放非线性应用电路。它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅值相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换领域，在各种电子设备中常常见到它的身影。
图1所示是一个简单的电压比较器。Ua为参考电压，加在运放的反相输入端，输入电压Ub加在同相输入端。当Ub>Ua时，比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。
2 “开关型”霍尔传感器的制作
2.1 电路图
用线性霍尔元件与电压比较器结合，成为一个开关型霍尔，电路图如图2。
2.2 工作原理
静态时线性霍尔输出为2.5 V，加到电压比较器LM393一组的同相输入端，比较器的反相输入端由电阻R1、R2分压得到略大于2.5 V的电压（主要保证静态时比较器输出低电平），此时比较器的反相输入端的电压略大于同相输入端的电压，比较器输出为高电平。当磁铁的一个磁极慢慢靠近，输出在2.5 V的基础上慢慢升高且大于反相输入端的电压时，比较器输出跃变为低电平，发光二极管D1点亮。撤离磁铁比较器则恢复高电平，发光二极管D1熄灭。整个过程表现为开关特性，称“开关型霍尔”。
2.3 制 作
元件的选择。图2中，IC1为线性霍尔元件（可以从废旧的电动自行车调速手把中取得）。IC2为比较器LM393。D1为发光二极管。电阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。电容C1（0. 1 μF）。
取一块大小合适的敷铜板，按电路图制成线路板，将元件安装好。
3 实际应用
如图3所示，在非磁性材料的圆边上粘一块小的强磁铁，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘上，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一脉冲，接上转速表即可测出转速。
由于开关型磁传感器性能稳定、灵敏度高、成本低廉，除作为教学演示之外，也确实具有一定的开发利用价值，这使学生真正体会到“物理源于生活，又回归生活”。另外，如将转速表改为计数器，可用于自动计数装置中。可见，“开关型”磁传感器在自动化控制中还是有着广泛应用的。
参考文献：
[1]杨成伟.用演示实验突破物理习题课难点[J].物理教学探讨，2009，（3）：60.
[2]王鹤新.加强实验创新 提升思维能力[J].物理教学探讨，2012，（1）：55.
（栏目编辑 王柏庐）
