1. Вычислить среднее арифметическое значение к измерений в каждой точке, по формуле

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

2. Нанести экспериментальные точки на график U=f(B). Провести через них экспериментальную кривую. Определите вид эмпирической функции.

3. Вычислить значения переменных согласно табл.1.2, занести результаты в таблицу.

4. Определить средние значения коэффициентов, а и b методом наименьших квадратов; ;

5. Записать эмпирическую функцию преобразования в виде

6. Построить на графике аппроксимирующую функцию.

7. Оценить СКО по совокупности отклонений от вычисленных по формуле оценок

8. Оценить СКО коэффициентов по формулам
, , где . Окончательно эмпирическую функцию преобразования записать в виде ,

9. Записать градуировочную характеристику датчика в виде B=f(U)

10. Определить напряжение нуля магнитного поля

11. Определить чувствительность датчика

Таблица 1.2

Результаты вычисления погрешностей измерений

 

№
1              
2              
               
= =

 

Контрольные вопросы

1. Какими величинами характеризуются постоянные и пе­ременные магнитные поля?

2. Что является источником постоянного магнитного поля?

3. Как ведут себя различные вещества в магнитном поле?

4. Что собой представляются постоянные магниты?

5. Что такое эффект Холла?

6. Для чего может использоваться эффект Холла?

7. От чего зависит ЭДС Холла?

8. Какие физические эффекты используются для измерения интенсивности МП?

9. Принцип действия и преимущества датчиков Холла.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ДАТЧИКА холла

Цель работы - изучение принципа действия, применения и основных характеристик датчиков Холла; исследование характеристик постоянных магнитных полей различных конфигураций.

2.1. Объекты исследований

Постоянные магниты различной конфигурации (выбор объекта производится преподавателем).

2.2. Теоретические сведения

2.2.1. Магнитные свойства вещества

Магнитные свойства веществ определяются магнитными свойствами атомов или элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов), входящих в состав атомов (в основном электронов). Спиновые поля электронов и магнитные поля, обусловленные их орбитальными движениями, и определяют широкий спектр магнитных свойств веществ. Вещества, у которых μ>1 называются парамагнетиками. Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками ( μ>>1). Магнитная проницаемость μ ферромагнетиков не является постоянной величиной; она сильно зависит от индукции B0 внешнего поля. Типичная зависимость магнитной индукции от напряженность магнитного поля (кривая намагничивания) ферромагнетика приведена на рис.2.1.

Рис. 2.1. Кривая намагничивания ферромагнетика  

При уменьшении магнитной индукции внешнего поля до 0 ферромагнетики сохраняют некоторую остаточную намагниченность. Для размагничивания необходимо изменить направление внешнего магнитного поля на противоположное.

Ферромагнитные материалы делятся на две большие группы – на магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитожесткие материалы сохраняют в значительной мере свою намагниченность и после удаления их из магнитного поля. Магнитожесткие материалы используются в основном для изготовления постоянных магнитов.

2.2.2. Датчики Холла (ДХ)

Работа датчиков Холла основана на эффекте Холла (см. ЛР№1). При снижении концентрации носителей ЭДС Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний и арсенид галлия, так как они обладают относительно невысокой концентрацией собственных носителей заряда. Напряжение Холла, создаваемого на пластине полупроводника (чувствительного элемента), как правило, требует усиления, поэтому датчики Холла, кроме чувствительного элемента, содержат схемы усиления в интегральном исполнении. Датчики также могут содержать схемы обработки сигналов и схемы компенсации нежелательных эффектов, например, тензоэффекта, влияющие на метрологические характеристики. Все эти схемы выполняются на одном кристалле и смонтированы в одном корпусе. Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности.

Преимущества датчиков Холла: электрический сигнал на выходе, малые размеры, простота использования.

а
б
Рис.2.3. Эквивалентная схема и преобразовательная характеристика линейного датчика Холла


Датчики в зависимости от схем обработки сигнала и характеристики преобразования делятся на линейные и логические. В работе используется линейный ДХ (рис.2.3).

2.3. Оборудование и приборы для выполнения ЛР

В лабораторной работе используют измерительное устройство, содержащее:

Измерительный щуп с датчиком Холла или измерительный щуп с двумя датчиками Холла продольным и поперечным;

Блок питания;

Мультиметр для измерения выходного сигнала датчика;

Коммутационную коробку, служащую для электрического соединения перечисленных выше компонентов.

Измерительное устройство схематично изображено на рис. 2.4.

Измерительные щупы с твердотельными полупроводнико­выми датчиками (преобразователями) Холла производства фир­мы Honeywell типа SS59Е биполярными, с аналоговым выходом. Характеристика преобразователей (микросхем) SS59Е приве­дена в табл. 2.1.

Рис.2.4. Измерительное устройство: 1 – коммутационный блок; 2 – место установки разъема блока питания; 3 – клеммы выходного напряжения: 4 – переключатель датчиков; 5 – датчики Холла; 6,7 – зонды с датчиками; 8 – разъем; 9 – кабель.

 

Таблица2.1

Характеристики преобразователей SS 59

 

Мар­ка Диапа­зон, мТл Uпит. Максималь­ное выход­ное напря­жение. В Чувстви­тель­ность, В/Тл Потреб­ляемый ток, мА Диапазон рабочих темпера­тур» °С
SS59 ±100 3...6.5 1,75 17,5 10 от -40 до +100
             

Проверка характеристики датчиков Холла (микросхем) прове­дена в постоянном равномерном магнитном поле. Результаты измерений приведены в табл.2.2. Аппроксимирующая зависимость функции преобразования датчиков Uвых.=f(B) и градуировочная характеристика датчиков В=f ¢ (Uвых), мTc, полученные методом наименьших квадратов, имеют соответственно вид: Uвых.=0,019В+3,008; В=52,181Uвых.-156.947

Таблица 2.2

Результаты проверки характеристик датчиков Холла

 

Магнитная ин­дукция В. мТл 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 -100
Напряжение U(V) 4.93 4.52 4.18 3.78   3.00   2,23 1,84 1,49 1.10

 

В качестве источников питания в лабораторной работе применяется источник постоянного напряжения, характеристики которых приведены в табл.2.3.

*В работе может использоваться другой источник напряжения, параметры которого будут предоставлены студенту при выполнении ЛР.

Таблица 2.3

Характеристики источников питания

 

Марка адаптера AC /DC Номи­нальное выходное напряже­ние. В Ста­биль­ность, мкВ/ ч Основная допускаемая погрешность выходного напряжения Макси­маль­ный выходной ток. мА Нормальные условия применения Дополни­тельные сведения
АС-220-S-6-500; стаби­лизиро­ванный б* <1 ±5% 500 Температура воздуха (10...30)0С. Относитель­ная влаж­ность воздуха до 80%. Атмосферное давление от 650 до 800 мм рт.ст. Питание 220 В ±10% 50 Гц
DN500; нестабилизированный 3; 4,5; б; 7,5; 9; 12 <1 ±5% 500   Питание 220В ±10% 50 Гц. Комплекту­ется набором из 8 типов разъёмов
             

** Контроль напряжения питания и его стабильности во времени показал, что используемый в лабораторной работе источник имеет на выходе напряже­ние 5,92 В. Стабильность его в течение двух часов работы, по крайней мере, не хуже =10 мВ (по показаниям АРРА 91), т.е. стабильность источника выше 0,2%.

Для измерения выходного напряжения датчика используется измерительный прибор - многофункциональный цифровой мультиметр. Характеристики мультиметра по напряжению постоянного тока приведены в табл. 2.4.

Верхний предел диа­пазона измерений. В Единица младшего разряда в данном диапазоне Uразр., мВ Основная допускаемая погреш­ность прибора пр., В
0,200 0,100  
2,0 1-0 (0,005Uизмер.+1разр.)
20,0 10,0  

 
Характеристики погрешности мультиметра  


Таблица 2.4.

Предел основной допускаемой погрешности установлен для нормальных условий эксплуатации:

температура окружающей среды 23±5° С;

относительная влажность воздуха 60±20%;

атмосферное давление 750±30 мм рт. ст.;

номинальное напряжение питания 9 В (отсутствует инди­кация разряда батареи питания).

Дополнительная погрешность при изменении температуры окружающей среды на 1°С составляет 0,15 от предела допускае­мой основной погрешности.

Входное сопротивление мультиметра - 10 Ом.

2.4. Порядок выполнения ЛР

Лабораторная работа выполняется в следующей последовательности:

1. Ознакомиться с устройством и руководствами по эксплуатации блоков измерительного устройства (датчик Холла, блок питания, мультиметр).

2. Получить от преподавателя объект исследования

3. На основании формы и размеров источника МП сделать предположения о форме и неоднородности магнитного поля источника, изобразив картину силовых линий.