用霍尔式传感器设计电子秤设计方案

课程设计报告

应用霍尔式传感器设计电子秤

电气信息工程系建筑电气与智能化李志尧100270125

摘要：

科学技术的发展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤又很大局限性。这些电子秤面积的、成本高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携称又大都采用杆式称或以弹簧压缩、拉伸不安性来实现计量的弹簧秤等，其计量误差大，又容易损坏，杆式称和弹簧秤的计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读书直观的民用电子秤迫在眉睫。

本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔式传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。

关键词：

霍尔氏传感器、电子秤、传感器应用、差动放大器、CSY传感器试验仪

引言：

传感器的定义是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转化成可用输出信号的器件或装置。传感器起到信息收集、信息数据的转化作用。本实验采用的是霍尔氏传感器，利用霍尔传感器将被测物体的质量转化成电信号，由电信号与质量间的线性关系从而得出被测物体的质量。

实验原理：

了解霍尔式传感器的结构、工作原理。

学会用霍尔式传感器设计电子称。

实验仪器：

CSY—910型传感器系统：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表（电压表）、直流稳压电源、螺旋测微头、震动平台、主、副电源。

实验原理：

设计电子秤的基本原理是：不同质量的被测物，会引起传感器不同的反应，吧这种反应通过特定的方法或电路转换为电流（或电压）。一般情况下是利用它们的线性变化关系，在被测物的质量与电流（或电压）之间建立起对应关系，测

出电流（或电压）值，从而就可以得到被测物的质量。

霍尔传感器是有两个产生梯度磁场的环形磁钢和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。霍尔元件通过恒定电流时，霍尔电势的大小正比于磁场强度，当霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电压U取决于其在磁场中的位移量，所以测得霍尔电压的大小便可获知霍尔元件的静位移。若将一个圆盘（即称重平台）和霍尔元件相连，就把霍尔元件的静位移和圆盘上的物体的质量对应起来，也就是说把霍尔电压的大小和圆盘上的物体的质量对应起来，据此就可以设计一种电子秤。

B=f（x）…………………………………………………………………公式一UH=KHIsB………………………………………………………………公式二

由公式可以看出电压U也是关于位移x的函数，不同质量的物体放在传感器的托盘上所引起的位移是不同的，因而可以通过不同位移的所显示的电压值来确定这个位移所代表的质量。

霍尔电压、位移、物体质量三者之间关系图

实验内容：

1)首先将差动放大器调零，用连线将差动放大器在正（+）负（—）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮式F/V表显示为零，关闭主、副电源。调好后，增益旋钮可以动，但调零旋钮不可再动。

2)根据图1连线，W1、r为电桥单位的直流电桥平衡网络的一部分。装好测微头与振动台吸合，并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

图1

3) 经指导老师检查无误后，开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。 4) 上下旋动测微头各3mm 左右，每变化0.5mm 读取相应的电压值，并记入到表1中，指出线性范围，求出霍尔片的位移与显示电压之间的线性关系。

5) 卸掉测微头，调节W1使电压表指示为零，将一个砝码放到托盘上，读出显示电压，并填入表2中。

6) 继续放一个砝码放到托盘上，读出显示电压，填入表2中。共累计放5个砝码到托盘上，将显示电压填入表2中。

7) 根据表2内的数据，求出砝码质量与显示电压读数之间的函数关系。 8) 并根据步骤4中所得出的霍尔片位移与电压之间的线性关系结合步骤7中所得出的砝码质量与电压之间的关系求得质量与电压之间的转换关系。

9) 将待测物体放到托盘上，读出电压表显示数据。

10) 根据步骤8中所得到的质量与电压之间的转换关系，由待测物体得到的电压求出待测物体的质量。

11) 将待测物体放到标准电子秤上称取物体质量，从而得到实验所设计的电子秤的误差度。

实验数据：

表1 霍尔式传感器的直流激励特性数据

W1

待测物体的实际质量：19.1g

待测物体的测量电压：1.22v

数据处理与实验结果：

根据表1可以得到下面的坐标图：

根据表2可以得出质量和电压之间的关系式：W=U/0.066…………………………公式三

将待测物体的测量电压代入公式三中得到待测物体的测量质量为：

误差度为：

结束语：

通过设计使我们更好地理解传感器的实际应用；

通通过本次设计使我们更全面地掌握各种测量电路的具体应用特点；

通过本次设计使我们在动手能力得到锻炼的同时充分发挥自己的创新潜能，充分调动我们的学习主动性，培养他们的创新能力。

参考文献：张彦纯《大学物理实验》北京：机械工业出版社 2009年