四川大学基于霍尔效应的应用性实验
霍尔效应实验报告文库
一、实验背景霍尔效应是一种重要的物理现象，最早由美国物理学家霍尔于1879年发现。
当电流通过置于磁场中的导体或半导体时，会在垂直于电流和磁场方向上产生电压，这种现象称为霍尔效应。
霍尔效应不仅揭示了电荷运动规律，而且在许多领域有着广泛的应用，如磁场测量、半导体材料分析、传感器等。
二、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理和实验方法；2. 通过实验测量霍尔元件的霍尔电压与磁场、电流的关系；3. 学习对称测量法消除副效应的影响；4. 确定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率。
三、实验原理霍尔效应的原理是基于洛伦兹力定律。
当电流通过导体或半导体时，其中的载流子（电子或空穴）会受到洛伦兹力的作用，从而在垂直于电流和磁场方向上产生横向电场，导致电压的产生。
四、实验仪器1. 霍尔效应实验仪；2. 电源；3. 电流表；4. 磁场发生器；5. 测量线；6. 霍尔元件；7. 导线等。
五、实验内容1. 连接实验电路，确保霍尔元件处于磁场中间；2. 调节电源，使电流表读数稳定；3. 测量不同磁场强度下的霍尔电压；4. 测量不同电流下的霍尔电压；5. 测量不同磁场强度和电流下的霍尔电压；6. 根据测量数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线；7. 使用对称测量法消除副效应的影响；8. 根据霍尔电压、电流和磁场强度计算样品的载流子浓度和迁移率。
六、实验步骤1. 按照实验仪说明书连接实验电路，确保霍尔元件处于磁场中间；2. 调节电源，使电流表读数稳定；3. 测量不同磁场强度下的霍尔电压，记录数据；4. 保持磁场强度不变，改变电流大小，测量霍尔电压，记录数据；5. 改变磁场强度，重复步骤3和4，记录数据；6. 根据测量数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线；7. 使用对称测量法消除副效应的影响，计算样品的载流子浓度和迁移率；8. 分析实验结果，得出结论。
七、实验结果与分析1. 根据实验数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线；2. 通过分析曲线，确定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率；3. 讨论实验过程中可能出现的误差，并提出改进措施。
四川大学物理实验电子教材
分光计的调节和使用必做类实验分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器。
也是光学实验的基本仪器之一，通过对角度的测量可以计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。
分光计不仅本身用途广泛，许多常用的光学仪器（如单色仪、摄谱仪、分光光度计等）的基本结构也与之类似。
分光计使用中所涉及的光学元件共轴调节，共面调节，望远镜及平行光管调节，不仅是正确使用分光计所必须，亦是光学实验需要掌握的基本技能。
光栅的用途相当广泛，常用在各类光学仪器（如单色仪、摄谱仪、光谱仪）中作分光元件；在光纤通讯、光计算机中作分光和耦合元件；在激光器中作选频元件；在光信息处理系统中作调制器和编码器。
本实验测量汞灯的光栅光谱。
【实验目的】1．掌握分光计的测量原理及调节方法 2．观测汞灯的光栅光谱，计算光栅常数 【实验原理】1．分光计测量原理如图1，光源发出的光经平行光管后成为平行光；平行光经载物台上的光学元件反射、折射或衍射后改变传播方向；绕中心转轴转动望远镜，先后接收方向没有改变和改变后的平行光，由读数圆盘读出望远镜前后两个位置的角度，即可由相关公式计算望远镜的转动角度δ和待测量。
2．分光计的调节 测量前应调节分光计，使光学元件的入射光、出射光皆为平行光，并且入射面、出射面、读数面相互平行，以确保分光计的测量精度。
为此，调节时应做到：⑴望远镜聚焦到无穷远（能发射平行光和接收平行光成象），望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。
⑵平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。
⑶待测光学元件的表面与仪器中心转轴平行。
3．衍射光栅具有周期性空间结构，能等间隔地分割波阵面的光学元件称为光栅，图2为光栅衍射的原理图。
根据夫琅和费衍射原理，波长为λ的平行光垂直入射到光栅平面时，由各个狭缝产生的衍射光彼此干涉形成定域于无限远的干涉条纹。
在光栅后面加上透镜时，（用望远镜观测时，望远镜物镜起此作用）同一方向的衍射光将会聚在透镜焦平面上形成干涉条纹。
实验报告霍尔效应原理及其应用范文
实验报告霍尔效应原理及其应用范文一、实验目的1.掌握霍尔效应的基本原理。
2.学习如何测量霍尔电压。
3. 理解霍尔元件在磁场中的行为。
4. 了解霍尔效应的应用。
二、实验原理当一块半导体板通过一恒定电流时，板的两端会出现电压VH，即霍尔电压，其方向垂直于板和当前通过板的电流方向。
2.霍尔电压得出公式VH = BIL/ne其中B为磁场强度，I为电流强度，L为元件长度，e为元件载流子密度，n为载流子电荷数。
当元件置于磁场中时，霍尔电压会随着磁场的改变而线性变化。
磁场的强度越强，霍尔电压也越大。
霍尔效应可以应用于测量磁场、磁场传感器、磁传动、自动控制系统等领域。
三、实验材料1.霍尔元件2.磁铁3.电压表4.电流表5.恒流源6.导线四、实验步骤1.将霍尔元件固定在导轨上，并连接电路。
2.将电压表连接到霍尔元件的输出端，并将恒流源连接到元件的输入端。
3.用绿色磁铁靠近元件，然后再用蓝色磁铁靠近元件，观察电表显示。
4.改变恒流源的电流大小，再次使用磁铁观察电表的显示。
5.多次重复步骤3和4，记录数据。
五、实验结果通过实验可得，当恒定电流增加时，霍尔电压随之增加；当磁场强度增加时，电压也会增加。
当磁场方向改变时，霍尔电压的方向也会改变。
利用这些变化，可以测量磁场的强度和方向。
本实验通过观察霍尔效应，学习了如何测量霍尔电压和了解了霍尔元件在磁场中的行为。
同时，实验还介绍了霍尔效应的应用。
通过实验得出数据，验证了霍尔电压与电流、磁场强度之间的关系，并且可以得到准确的磁场测量结果。
霍尔效应的原理和应用实验
霍尔效应的原理和应用实验1. 引言霍尔效应是指当导体中有电流通过时，在垂直于电流方向与磁场方向的方向上会产生电势差的现象。
这个效应在电子学中有着重要的应用，特别是在传感器和测量领域。
本文将介绍霍尔效应的原理和实验过程，并探讨其在不同应用领域中的具体应用。
2. 霍尔效应的原理霍尔效应的原理可以通过以下几点来解释：•霍尔效应是由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的。
•当电流通过导体时，电流载流子受到垂直于电流方向和磁场方向的洛伦兹力的作用，导致电流载流子的堆积和偏移。
•霍尔元件中存在一个沿垂直于电流方向的电势差，这个电势差被称为霍尔电压。
3. 霍尔效应的实验为了验证和观察霍尔效应，我们可以进行以下实验步骤：3.1 实验材料和设备•霍尔元件：一种薄片状的半导体材料，通常是块状的晶体硅。
•磁场源：可以通过使用永磁体或电磁体来产生磁场。
•电源：用于提供电流。
•带有示波器功能的电压测量仪器：用于测量霍尔电压。
3.2 实验步骤1.将霍尔元件连接到电路中，确保电流可以通过霍尔元件。
2.将磁场源放置在霍尔元件周围，以确保垂直于电流方向的磁场。
3.使用电压测量仪器测量霍尔电压。
4.改变电流的大小和方向，并记录相应的霍尔电压值。
5.改变磁场的大小和方向，并记录相应的霍尔电压值。
3.3 实验注意事项•在实验过程中，要确保电路连接正确，避免电流和磁场干扰。
•注意保持实验环境的稳定，避免外部干扰。
4. 霍尔效应的应用实验霍尔效应在各个领域都有着广泛的应用，下面列举几个常见的应用实验：4.1 磁场测量通过测量霍尔电压可以得到与磁场强度相关的信息。
可以使用霍尔元件制作磁场传感器，用于测量磁场强度的大小和方向。
4.2 电流测量通过对霍尔元件施加恒定的磁场，可以用霍尔电压来测量通过导体的电流。
4.3 速度测量通过将霍尔元件安装在旋转物体上，可以测量旋转物体的速度。
当物体转动时，霍尔电压的变化与物体的速度成正比。
4.4 位置测量通过将霍尔元件安装在运动物体上，可以测量物体的位置。
大学物理实验之霍尔效应及其应用
在产生霍尔效应的同时， 、 两极间的电压除霍尔电压VH ，还包含着其他因素所引起
的附加电压，为了消除这些误差，采用对称测量法测出 4 组电压 V1,V2,V3,V4，算得霍尔电压：
VH
(V1-V2-V3+V4)/4
（4）
[实验仪器]
参见教材。
磁场通过励磁线圈产生，磁感应强度 B KB IM ,式中 KB 为电磁铁励磁系数，单位 GS/A；
第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验
过程发现的问题等）
[实验过程截图]
扣分：
贴图在下面空白处，要求在 1 张截图内包含完成实验后的数据表（至少完整显示表 3 的数据）
和自己的 ID（网页右上角的姓名）
[现象及问题]
扣分：
现象：保持 Im=0.45A，随着 Is 均匀增大，霍尔电压 Vh 也均匀增大；保持 Is=4.5mA，随 着 Im 均匀增大，霍尔电压 Vh 也均匀增大。基本上，Im、Is 分别与 Vh 成线性关系。
励磁系数和样品尺寸已标明在电磁铁上。
[实验内容与步骤]
参见教材。
[注意事项] 参见教材中红色字体。
[预习思考题]
本实验怎样消除其他作用对霍尔电压的影响？
扣分：
爱廷豪森效应会使原件产生温差电动势，可以使用交流电来减小该效应带来的 误差。在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差，一般可以忽略，也 可以用一个电位器加以平衡。此外，我们可以通过改变 IS 和磁场 B（IM）的 方向消除大多数副效应，称为对称测量法。
GS
VHd/IsB
6938
RH ＝
（公式）＝
cm3／C
IsL/ Vbd = 0.09863 .cm)。
霍尔效应实验大学实验报告
霍尔效应实验大学实验报告1. 理解霍尔效应的基本原理；2. 学会使用霍尔效应实验装置进行实验操作；3. 探究霍尔效应与磁场强度、电流强度、导体材料等因素的关系；4. 提高实验数据处理和分析能力。
实验原理：霍尔效应是指当导体中有电流通过时，如果垂直于电流方向加上一个外加磁场，则导体中会产生一个横向的电势差，其大小与电流强度、磁场强度和导体材料有关。
实验步骤：1. 搭建实验装置：将霍尔元件固定在金属板上，接上电源和电流表，并连接到示波器中；2. 调节电源使电流稳定在一定数值；3. 调节示波器观察电势差的波形，并记录其峰值；4. 改变电流和磁场强度，重复步骤3；5. 改变导体材料，重复步骤3；6. 整理实验数据，进行数据处理和分析。
实验结果与分析：通过实验观察得到的数据可以发现，电势差的大小与电流强度、磁场强度和导体材料有关。
当电流强度增大时，电势差也会增大，这是因为更多的电子受到洛伦兹力的作用而产生移动；当外加磁场增大时，电势差也会增大，这是因为磁场的增大会增强洛伦兹力的作用；不同导体材料的霍尔系数也不同，表现出不同的电势差，这是由于导体的载流子类型和密度不同导致的。
实验讨论：本实验中，由于实验条件和设备有限，实验结果可能存在一定误差。
例如，电流表的精度限制、示波器的灵敏度等都会对实验结果产生影响。
此外，在实验中应注意控制实验环境，避免外界因素对实验结果的影响。
结论：通过本实验，我们深入了解了霍尔效应的基本原理，掌握了使用霍尔效应实验装置进行实验操作的方法。
实验结果表明，霍尔效应与电流强度、磁场强度和导体材料有关。
实验效果与预期一致。
实验过程中，我们还提高了实验数据处理和分析的能力。
附：实验数据和处理结果表格实验数据表：电流强度（A）磁场强度（T）导体材料电势差（V）0.5 0.2 铜0.031.0 0.4 铜0.061.5 0.6 铜0.090.5 0.2 铝0.021.0 0.4 铝0.041.5 0.6 铝0.06数据处理结果：1. 绘制电势差随电流强度变化的曲线图；2. 绘制电势差随磁场强度变化的曲线图；3. 绘制不同导体材料电势差的柱状图。
霍尔效应原理及其应用实验报告
霍尔效应原理及其应用实验报告霍尔效应是指当导体中有电流通过时，如果在导体中垂直于电流方向施加一个磁场，就会在导体的横向两侧产生电势差。
这一现象被称为霍尔效应，它是由美国物理学家爱德温·霍尔于1879年发现的。
霍尔效应在电子学和磁学领域有着重要的应用，本实验旨在通过具体的实验操作，深入理解霍尔效应的原理及其在实际中的应用。
一、实验原理。
1. 霍尔效应原理。
当导体中有电流通过时，如果在导体中垂直于电流方向施加一个磁场，就会在导体的横向两侧产生电势差。
这一现象被称为霍尔效应。
霍尔效应的原理是基于洛伦兹力的作用。
当导体中有电流通过时，电子会受到磁场力的作用，从而产生横向的电势差。
2. 实验装置。
本实验采用的装置主要包括霍尔元件、直流电源、磁铁、示波器等。
霍尔元件是本实验的核心部件，它能够测量出在导体中产生的霍尔电压。
直流电源用来提供电流，磁铁用来产生磁场，示波器用来测量霍尔电压的大小。
二、实验步骤。
1. 将直流电源连接到霍尔元件的两端，调节直流电源的电流大小。
2. 将磁铁放置在霍尔元件的两侧，调节磁铁的位置和磁场强度。
3. 使用示波器来测量霍尔电压的大小，并记录下实验数据。
4. 根据实验数据，分析霍尔电压与电流、磁场强度之间的关系。
三、实验结果与分析。
通过实验数据的记录和分析，我们可以得出霍尔电压与电流、磁场强度之间的定量关系。
具体来说，霍尔电压与电流成正比，与磁场强度成正比。
这一定量关系可以用数学模型来描述，从而为霍尔效应的应用提供了理论基础。
四、应用实验。
1. 霍尔传感器。
霍尔传感器是利用霍尔效应原理制作的一种传感器，它可以测量磁场的强度。
在汽车、电子设备等领域有着广泛的应用，如测量车速、转速等。
2. 霍尔电流计。
霍尔效应还可以用来测量电流的大小。
通过将导体放置在磁场中，利用霍尔效应测量出导体中产生的霍尔电压，从而可以计算出电流的大小。
五、实验总结。
通过本实验，我们深入理解了霍尔效应的原理及其在实际中的应用。
霍尔效应的研究实验报告
霍尔效应的研究实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应测量磁场的方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压、霍尔电流等物理量。
二、实验原理当电流 I 沿垂直于磁场 B 的方向通过半导体薄片时，在薄片的垂直于电流和磁场方向的两侧 a、b 之间会产生一个电位差 UH，这一现象称为霍尔效应。
霍尔电压 UH 的大小与电流 I、磁感应强度 B 以及薄片的厚度 d 有关，它们之间的关系为：UH ＝ KHIB （1）其中 KH 称为霍尔元件的灵敏度，它是一个与材料性质和几何尺寸有关的常数。
假设霍尔元件为一个矩形，其长为 l，宽为 w，厚度为 d，则霍尔元件的灵敏度 KH 可以表示为：KH ＝ 1 ／（ned) （2）其中 n 为载流子浓度，e 为电子电荷量。
由（1）式可知，如果已知霍尔元件的灵敏度 KH，通过测量霍尔电压 UH 和电流 I，就可以计算出磁感应强度 B。
三、实验仪器霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计、霍尔元件等。
四、实验步骤1、连接实验仪器按照实验电路图连接好霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表等仪器。
确保连接正确无误，避免短路或断路。
2、调节磁场打开特斯拉计，调节磁场强度到所需的值。
在调节过程中，注意观察磁场强度的变化，确保其稳定在设定值附近。
3、测量霍尔电压接通直流电源，调节电流 I 到一定值。
然后，使用伏特表测量霍尔元件两侧的霍尔电压 UH。
改变电流 I 的方向和磁场 B 的方向，分别测量相应的霍尔电压，并记录数据。
4、改变电流和磁场分别改变电流 I 和磁场 B 的大小，重复步骤 3，测量多组数据。
5、数据处理根据测量得到的数据，计算出不同电流和磁场条件下的霍尔电压UH，并利用公式（1）计算出相应的磁感应强度 B。
绘制 B I 曲线，分析实验结果。
五、实验数据记录与处理｜电流 I（mA）｜磁场 B（T）｜霍尔电压 UH（mV）（＋I，＋B）｜霍尔电压 UH（mV）（I，＋B）｜霍尔电压 UH（mV）（＋I，B）｜霍尔电压 UH（mV）（I，B）｜平均霍尔电压 UH （mV）｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 100 ｜ 010 ｜ 250 ｜－248 ｜－252 ｜ 250 ｜ 250 ｜｜ 100 ｜ 020 ｜ 502 ｜－498 ｜－500 ｜ 500 ｜ 500 ｜｜ 100 ｜ 030 ｜ 750 ｜－745 ｜－752 ｜ 750 ｜ 750 ｜｜ 200 ｜ 010 ｜ 500 ｜－495 ｜－505 ｜ 500 ｜ 500 ｜｜ 200 ｜ 020 ｜ 1000 ｜－990 ｜－1010 ｜ 1000 ｜ 1000 ｜｜ 200 ｜ 030 ｜ 1500 ｜－1485 ｜－1515 ｜ 1500 ｜ 1500 ｜根据实验数据，计算出不同条件下的平均霍尔电压 UH，并利用公式 UH ＝ KHIB 计算出相应的磁感应强度 B。
实验报告--霍尔效应原理及其应用
成都信息工程学院物理实验报告姓名： 专业： 班级： 学号： 实验日期： 2006-09-03一段 实验教室： 5206 指导教师：一、实验名称： 霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的H s V I -、H m V I -曲线，了解霍尔电压H V 与霍尔元件工作电流s I 、直螺线管的励磁电流mI 间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度B 及分布；4、学习用对称交换测量法（异号法）消除负效应产生的系统误差。
三、仪器用具：YX-04型霍尔效应实验仪（仪器资产编号） 四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力B f 作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。
对于图１所示。
半导体样品，若在ｘ方向通以电流s I ，在ｚ方向加磁场B ，则在ｙ方向即样品Ａ、Ａ′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场H E ，电场的指向取决于样品的导电类型。
显然，当载流子所受的横向电场力E B f f <时电荷不断聚积，电场不断加强，直到E B f f =样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品Ａ、Ａ′间形成了稳定的电势差（霍尔电压）H V 。
设H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则有：s I nevbd = （1－1）因为E H f eE =，B f evB =，又根据E B f f =，则1s s H H H I BI B V E b R ne d d =⋅=⋅= （1－2）其中1/()H R ne =称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。
只要测出H V 、B以及知道s I 和d ，可按下式计算3(/)H R m c ：H H s V dR I B=（1－3） BI U K S H H /= （1—4）H K 为霍尔元件灵敏度。
大物霍尔效应实验报告（共8篇）
大物霍尔效应实验报告(共8篇)大学物理实验报告系列之霍尔效应大学物理实验报告)篇二：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的VH?Is，VH?IM曲线了解霍尔电势差VH与霍尔元件控制（工作）电流Is、励磁电流IM之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二．实验原理：1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如右图（1）所示，磁场B位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。
由于洛伦兹力fL的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fE的作用。
随着电荷积累量的增加，fE增大，当两力大小相等（方向相反）时，fL=-fE，则电子积累便达到动态平衡。
这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场EH，相应的电势差称为霍尔电压VH。
设电子按均一速度向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛伦兹力为fL=-eB式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。
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基于霍尔效应的应用性实验四川大学物理学院瞿华富1．前言在用计算机进行监控的四遥（遥测、遥控、遥信、遥调）系统中，常常因为监控系统中的工控机与受控系统中的一些设备不能共地、或者在一些受控设备中存在着噪声干扰等原因，必须在工控机与上述受控设备之间进行电隔离，才能保护工控机的安全和可靠的工作。
在隔离中，当被监控的设备是直流开关稳压电源及其负载（用电设备）时，所需要的隔离就不能是一般简单的隔离，而必须是高精度的静电（直流）隔离，其内容包括直流电压高精度的隔离传送和检测、直流电流高精度的隔离检测、监控量越限时准确的隔离报警。
显然，要实现上述高精度的直流隔离应用光电式传感器是不行的，因为稳压电源释放的热量将引起环境温度的变化，而环境温度的变化将导致光电式传感器中光敏管的光电流和暗电流的变化，因此无法达到高精度隔离的目的。
为了克服上述困难而采用了霍尔传感器，由于霍尔传感器应用了磁平衡原理和磁比例式原理，再加上霍尔元件良好的温度特性，因此霍尔传感器不仅传感精度高、线性度好，而且温度漂移小、输入与输出之间高度隔离，所以取得了很好的结果，实现了直流电压高精度的隔离传输和检测、直流电流高精度的隔离检测、直流电压和直流电流越限时准确的隔离报警。
本教材将介绍应用霍尔效应实现高精度的静电（直流）隔离的实用知识和实用技术。
2．霍尔效应的应用知识（1）磁平衡原理如图1所示，当原边电流I IN 通过原边线圈N 1所产生的磁通量与霍尔电压经放大后产生的副边电流I 0通过副边线圈N 2所产生的磁通量平衡时，原边磁动势N 1I IN 与副边磁动势N 2I 0相等，因此副边电流I 0将精确地反映出原边电流值I IN ，这就是磁平衡原理。
图1 磁平衡原理磁芯霍尔元件副边线圈副边电流I INU 0R LI 0U HU H 放大功放I 0N 1N 2（2）磁比例式原理如图2所示，输入电流I IN 所产生的磁场B 与I IN 的大小成正比，根据霍尔效应原理，处在磁场B 中并与B 垂直的霍尔元件所产生的霍尔电压又与磁场B 成正比，于是霍尔元件产生的霍尔电压与输入电流I IN 成比例。
这就是磁比例式原理。
（3）霍尔传感器的主要性能指标由于霍尔效应用于静电隔离的产品即为霍尔传感器，用于电压隔离传送和检测的产品称为霍尔电压传感器，用于电流隔离检测的产品称为霍尔电流传感器，用于电流和电压越限隔离报警的产品称为霍尔开关量传感器，因此，直流电压隔离传送实验板、直流电流隔离检测实验板、监控量越限隔离保护实验板均为传感器。
衡量传感器基本性能的主要指标有很多，如：传感精度、线性度、重复性、温漂、稳定性等。
在这里只介绍最主要的、可用于学生实验的两个重要性能指标。
A ． 传感精度精度，即表示测量结果与“真值”的靠近程度，一般用极限误差来表示，或者用极限误差与满量值之比按百分数给出。
定义△U max 为霍尔传感器的电压传感精度，则有)(21min max max oi oi U U U -±=∆（1）B ． 线性度线性度又称非线性，即表示传感器的输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的靠近程度。
传感器的线性度是用选定的工作直线与实际工作曲线之间最大的偏差与满量程输出之比表示。
由于工作直线的作法不同，线性度的数值也就不同。
在一般情况下，通常采用端点线性度来表示。
如图3所示，端点是指与量程的上下限值图2磁比例式原理图工作电流霍尔电压霍尔元件磁芯I IN对应的标定数据点。
通常取零点作为端点直线的起点，满量程为终点。
通过这两个端点的直线称为端点直线。
根据这条直线确定的线性度称为端点线性度，用+S 、-S 表示。
[]%100max ⨯-=+Monoi U U U S（2）[]%100min ⨯-=-Monoi U U U S（3）应用性实验一、 直流电压高精度的隔离传送和检测在隔离监控工作中，常常需要解决一个难题，那就是直流电压高精度的隔离传送和检测。
因为计算机对某些物理量（如直流稳压电源的电压和电流）的监控必须通过高精度的隔离传送一直流电压（基准电压）才能实现，同时计算机对一些精度很高的直流电压监控时必须对该电压进行高精度的隔离检测。
经实践证明，应用磁平衡原理研制的霍尔电压传感器可以成功的解决这个难题。
本实验将通过测量霍尔电压传感器隔离传送和检测直流电压的传感精度和线性度，从实 验中学习直流电压高精度的隔离传送和检测的方法。
[预习与思考题]1．磁平衡原理的内容。
2．传感精度的含意是什么? 3．什么叫端点线性度？[实验目的]1.懂得霍尔电压传感器的工作原理.2.学习应用磁平衡原理实现直流电压高精度的隔离传送和检测的方法。
3.测量出霍尔电压传感器隔离传送和检测直流电压的传感精度和线性度。
[实验仪器]霍尔效应应用技术综合实验仪；直流电压隔离传送实验板。
[实验原理]直流电压高精度的隔离传送和检测的原理为磁平衡原理。
如图4所示，当原边电压U IN通过R 转换为原边电流I IN ，I IN 通过原边线圈N 1所产生的磁通量与霍尔电压经放大而形成的副边电流I 0通过副边线圈N 2所产生的磁通量平衡时，有I IN N 1=I 0N 2，因此副边电流I 0将精确的反应出原边电流I IN ，I O 在W 2上的电压降U 0将精确地反映出原边电压的电压值U IN 。
[仪器介绍]本实验所用仪器为霍尔效应应用技术综合实验仪和直流电压隔离传送实验板。
霍尔效应应用技术综合实验仪在霍尔效应实验中已有介绍，不再重述。
直流电压隔离传送实验板为图5所示，原理框图如图4所示。
图5 直流电压隔离传送实验板[实验内容]1、研究直流电压高精度的隔离传送和检测的方法。
2、测量霍尔电压传感器隔离传送和检测直流电压的传感精度和线性度。
[实验要求］1. 测量出霍尔电压传感器隔离传送和检测直流电压的精度和线性度。
2. 按表1的要求处理数据，并作出端点线性度曲线。
3. 总结出直流电压高精度的隔离传送和检测的方法。
[实验电路及实验方法]1、实验电路直流电压高精度隔离传送和检测的实验电路如图4所示。
U H放 大功 放I IN电压表（V ）稳压电源电压表（V ）工作电流W 2（调比例）霍尔元件清除失调 （W1）N 1N 22、实验方法（1）通电检查数字表，其方法请见霍尔效应实验的实验方法（1），检查后关闭电源。
（2）仪表预置测量选择：二号表、三号表掷电压端，一号表不用掷电流端。
稳压源输出电压置最小，即左旋“电压调整”电位器到极限位置。
（3）按图4接线，把6条线接好。
（4）消除失调电压合电源开关，先调“电压调整”使 5.000IN U V ≤（量程），再调W 2（调比例电位器）使0IN U U =，试运行5分钟后断开带“0线”，调W 1（调零电位器）使U 0为0.000V 。
（5）调比例，校量程比例M=U 0∶U IN =U Omax ∶U INmax在本实验中取M=1∶1，因此校量程即为当U IN = U INmax 时，调整W 2（调比例电位器）使U Omax =U INmax 。
方法：接好带“0”线，调“电压调整”使U IN =U INmax ，再调W 2使U 0= U INmax 。
（6）断开带“O ”线，再次消除失调电压；然后接好带“0”线，再次校量程。
（7） 调“电压调整”使U IN 读数先从大到小，再从小到大分别为表1中给定的U IN 值，从U 0测量表上读出与之对应的U 0值。
[数据处理]实验数据处理为表1所示。
表1 霍尔电压传感器隔离传送和检测直流电压的精度和线性度测试 U in （v ） 1.0002.0003.0004.0005.000Uo （v ） Uo （v ）△Umax （v ） Sv +Sv-Sv[霍尔电压传感器的用途]应用磁平衡原理研制的霍尔电压传感器适用于基准电压高精度的隔离传送和直流电压高精度的隔离检测。
[总结与思考]1．总结出直流电压高精度的隔离传送和检测的方法。
2．在霍尔电压传感中为什么要消除失调电压？[参考文献]1．瞿华富等.基于霍尔效应的可调式直流电压传感器的研制[J].四川大学学报（自然科学版），2006（6），1300-1304.2．袁希光.传感器技术手册[M].北京.国防工业出版社，1992. 3．张玉民、戚伯云.电磁学[M].北京：科学出版社，2000。
应用性实验二、直流电流越限时准确的隔离报警在隔离监控中，受控物理量（又称监控量）越限隔离报警尤为重要，因为当监控量越限时已经涉及到设备的安全。
只有做到当监控量越限时能准确的隔离报警才能保护设备的安全。
经实践证明，应用磁比例式原理研制的霍尔开关量传感器能成功的解决了这一难题。
本实验通过测量霍尔开关量传感器在直流电流越限时隔离报警准确性，学习直流电流越限时准确的隔离报警的方法。
[预习与思考题]1． 磁比例式原理的内容。
2． 直流电流越限时准确的隔离报警有何应用？[实验目的]1.懂得基于霍尔效应的磁比例式原理。
2．学习应用磁比例式原理实现直流电流越限时准确的隔离报警的方法。
3.测量出霍尔开关量传感器在直流电流越限时隔离报警的准确性。
[实验原理]直流电流越限时准确的隔离报警的原理为磁比例式原理。
如图6所示，根据霍尔效应原理霍尔元件输出的电压U H 与输入电流I IN 成正比，当U H 大于越限设置电压时，“A ”即输出高电平（开关量）将报警信号灯点亮。
由于此类传感器在报警时输出高电平（开关量），因此常称此类霍尔效应传感器为霍尔开关量传感器。
[实验内容]1、研究直流电流越限时准确的隔离报警的方法。
2、测量霍尔开关量传感器在监控量(电流)越限时隔离报警的准确性（精度）。
[实验要求]1、测量出霍尔开关量传感器在直流电流越限时隔离报警的准确性（精度）。
图6直流电流越限时准确的隔离报警实验电路监控量越限隔离报警实验板 I INAVc报警 电 路越限设置稳压电源 电流表(A)磁芯霍尔元件2、按表2的要求处理数据。
3、总结出直流电流越限时准确的隔离报警的方法。
[仪器介绍]本实验所用仪器为霍尔效应应用技术综合实验仪和监控量越限隔离报警实验板。
霍尔效应应用技术综合实验仪在霍尔效应实验中已经介绍，不再重述。
监控量越限隔离报警实验板如图7所示，原理框图如图6所示。
图7 监控量越限隔离报警实验板[实验电路及实验方法]1、实路电路直流电流越限时准确的隔离报警实验电路如图6所示。
2、实验方法：（1）仪表预置测量选择：三只表全掷电流端。
稳压电源输出置最小，即左旋“电压调整”电位器到极限位置。
（2）按图6接线。
（3）校准及测量a、先调“电压调整”使I XIN为表2中某一给定值时，再调越限量设置使报警显示灯刚亮为止，记录此时的电流值I X（A）。
b、调“电压调整”减小I IN使灯熄，然后再增加I IN在灯刚亮时读出I IN之值。