霍尔传感器测量直流电动机转速的实用技巧

一、任务目标

通过本任务的学习，帮助学生掌握霍尔传感器的基本原理，熟悉霍尔传感器的基本特性，掌握霍尔传感器的分类和应用。

利用霍尔传感器完成测量直流电动机转速的实验。

二、任务分析

练习

（1）霍尔传感器是利用________效应进行工作的，在垂直于电流和磁场方向的霍尔电压EH 的大小正比于控制电流I 和磁感应强度B，当控制电流的方向和大小改变时，霍尔电压也发生改变，如霍尔元件灵敏度为KH，则霍尔效应表达式为：______________________。

（2）按照输出电压与外加磁场的关系，霍尔传感器分为________和________两类。霍尔计数传感器能感受到很小的磁场变化，因而可对金属零件进行计数检测，属于________。

（3）霍尔式转速传感器，磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，磁性转盘上装有6 只磁性体，当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，1 s 内输出脉冲数为200 个，则被测转速为________r／min。

思考

（1）霍尔传感器与电涡流传感器都可以测量直线位移，请查阅资料分析哪种传感器测量位移精度更高？两种分辨率分别为多少？

（2）数控机床伺服系统中除了位置检测装置，伺服系统中往往还包括检测速度元件，用以检测和调节电动机的转速，请查阅资料总结霍尔传感器在数控机床上测量转速时的安装位置及工作原理。

三、任务实施

1.认识实验台中的霍尔传感器

霍尔传感器已安装于转动源支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢，如图4-38（a）所示。

图4-38　霍尔传感器安装示意图

（a）安装图；（b）实物图

除了转动源上的霍尔传感器外，本任务的实施还要用到直流稳压电源、转动源、频率／转速表及双踪示波器。

2.霍尔传感器测量转速的工作原理

利用霍尔效应表达式UH＝KHIB，在转动源上安装的是一个开关型霍尔集成传感器，由直流电动机带动一个在圆周上均匀分布的6 只磁钢的转动盘转动时，转动盘每转一周磁场变化6 次，相应的霍尔集成传感器的输出电平变化6 次，得到6 个脉冲信号，将脉冲信号送入频率／转速表计数显示，即可测得转速。

3.任务实施步骤

（1）霍尔传感器测量转速电路接线

将直流电源上＋5 V 电源接到转动源上“＋5 V” 的电源端，并将转动源上的“霍尔信号输出” 接到频率／转速表，将频率／转速表选择“转速” 挡，并按照图4-39电路图完成接线。

图4-39　接线电路

（2）霍尔传感器测量转速

打开实验台电源，选择不同电源＋4 V、＋6 V、＋8 V、＋10 V、12 V（ ±6 V）、16 V（ ±8 V）、20 V（ ±10 V）、24 V 驱动转动源上的直流电动机，可以观察到直流电动机转速的变化，待转速稳定后在表4-3记录相应驱动电压下得到的转速值。也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形。

表4-3　不同驱动电压对应的直流电动机的转速(www.xing528.com)

4.数据处理

1）请在同一坐标轴中画出不同电压时的脉冲波形图。

2）验证转速与频率之间的关系是否和理论计算一致。

5.任务内容和评分标准

任务内容和评分标准见表4-4。

表4-4　霍尔传感器转速测量评分表

四、任务拓展

霍尔传感器和电涡流传感器一样，既可以测量转速也可以测量位移，利用THSRZ-2 型传感器实验装置中的霍尔传感器和霍尔传感器实验模块就可以实现，按照具体实验步骤操作，记录霍尔传感器测量位移的精度。

1.仪器设备及器材

直流电压表、直流稳压电源、霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、测微头等。

2.工作原理

根据霍尔效应，霍尔电动势UH＝KHIB，当通过霍尔元件的电流I 一定时，霍尔元件输出的霍尔电动势和B 成正比。在霍尔传感器的中间安放了两块磁钢，中间有一个可以左右移动的活动杆，与活动杆相连的是一个霍尔元件，当被测物体移动时带动活动杆（包括霍尔元件）一起移动。当霍尔元件位于两块磁钢中间的时候，两个磁场相抵消，磁场强度B为零，磁钢中心点那个位置向左，磁场逐渐增强，霍尔电动势增大；反之磁钢中心点那个位置向右，反方向的磁场逐渐增强，霍尔电动势反向增大。故通过测量霍尔传感器中霍尔元件的输出霍尔电动势，就可以知道物体的位移大小和方向。

3.实验步骤

1）安装霍尔传感器。由霍尔元件构成的霍尔传感器实物如图4-40所示，霍尔传感器实验模块如图4-41所示，将霍尔传感器安装到霍尔传感器实验模块上，将霍尔传感器通过连接线接到霍尔传感器实验模块9 芯航空插座。

图4-40　霍尔传感器

图4-41　霍尔传感器实验模块

2）霍尔传感器测量位移电路接线和调零。按照如图4-42所示完成接线，打开实验桌电源，直流电压表选择“2 V” 挡，将测微头的起始位置调到“10 mm” 处，手动调节测微头的位置，先使霍尔元件大概在磁钢的中间位置（直流电压表大致为0），固定测微头，再调节RW1使直流电压表显示为零。

图4-42　霍尔传感器测量位移电路接线图

3）霍尔传感器测量位移。分别向左、右不同方向旋动测微头，每隔0.2 mm 记下一个读数，直到读数近似不变为止，将读数填入表4-5中。

表4-5　霍尔传感器实验模块输出电压和位移的关系

4）实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

4.任务内容和评分标准

任务内容和评分标准见表4-6。

表4-6　霍尔传感器位移测量评分表