4.1.2 硬件电路设计的步骤

1. 旋钮初始位置：

1) 差动放大器：增益旋至最小 2) F/V数显表：置于2V档 3) 直流稳压电源：置于±2V档 4) 主副电源关闭

2. 了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔

片的符号（霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器）。

3. 开启主副电源将差动放大器增益调至最小位置调零后，关闭主副电源，

拆除差动放大器调零接线。

4. 差动放大器增益调至最小位置调零后，不再改变调零电位继的位置。 5. 调节测微头脱离平台并远离振动台。

6. 按图1接线，开启主副电源，调W1电位继使系统电压输出为零。 7. 在称重平台上放上砝码，填入表4.1中。

W(g) 0 20 40 60 80 100 120 140 V(mv) 0 -40 -83 -124 -165 -203 -238 -265

表4.1 V-W关系表

8. 根据表4.1中数据作出V-W曲线，可看出其线性范围为0-140g,并可得

出其灵敏度S=2.03mv/g，如图4.2所示。

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0 -40 -80 -1V20 40 60 80 100 120 图4.2 V-W9. 根据线性起点移走平台上放的多余称重砝码，记下此刻的表头读数，再

在平台上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据线性区的灵敏度S可求得此物体重量。如若电压表显示13mv,则所称量物体重6.4g。

4.2 所用到的单元或部件及其各自说明

4.2.1 单元或部件列表

1) 直流稳压电源； 2) 电桥平衡网络单元； 3) 霍尔式传感器单元； 4) 差动放大器单元； 5) 电压表； 4.2.2 直流稳压电源简介

由于本设计中使用的是直流激励，故应使用+2V直流稳压电源，且激励电压不可过大，以免损坏霍尔片。直流稳压电源有如下特点：

1. 输出电压值能在额定输出电压值以下任意设定和正常工作； 2. 输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作； 3. 直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示；

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4. 对于输出的电压值和电流值要求精确的现实和识别；

5. 对于输出电压和电流值有精确要求的直流稳压电源，一般要用多圈电位

器和电压电流微调电位器，或者直接数字输入；

6. 要有完善的保护电路，直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态

时不应损坏，在异常情况消除后能立即正常工作；

4.2.3 电桥平衡网络简介

电桥电路是最常用的非电量电测量电路中的一种，其中直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥(惠斯登电桥)、双臂直流电桥(开尔文电桥)。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。

本次设计中实验仪上的电桥平衡网络单元主要为了补偿不等位电势（不平衡电势）、提供组桥插座、标准电阻和直流调平衡网络，即在连好电路打开主副电源后，调W1电位继使系统电压输出为零，补偿不等位电势，以免在后续测量中产生大的误差。

4.2.4 霍尔式传感器简介 4.2.4.1 霍尔传感器概述

霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。

特点：结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

4.2.4.2 霍尔传感器工作原理

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霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流、霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移量，如图4.3所示。

霍尔元件运动方向霍尔元件NS

环形磁铁SN图4.3 霍尔传感器霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。当有B作用

时，由于洛伦兹力的作用，电子向一边偏转，并使该边积累电子，而另一边则积累电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场作用在运动电子上的电场力与洛伦兹力相等时，电子积累便达到动态平衡。这时建立的电场称为霍尔电场，霍尔效应原理图如图4.4所示。

霍尔电势可用公式（4.1）表示

图4.4 霍尔效应 15