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当外磁场方向平行于传感器敏感轴方向时,传感器的输出信号最大。
在相同场强下,当外场强方向平行于传感器敏感轴方向时,传感器输出最大。
当外场强方向偏离传感器敏感轴方向时,传感器输出与偏离角度成余弦关系。
即传感器灵敏度与偏离角度成余弦关系。
S(θ)=S(0)COSθ
图4巨磁阻传感器图示
巨磁阻传感器应用广泛,可用来测量磁场、位移、角度、电流等,可制成测速仪、定向仪,也可用于车辆监控、航运、验钞等方面,另外巨磁阻传感器在医疗方面也有很大应用。
本仪器主要介绍了巨磁阻传感器在测量电流方面的应用。
GMR磁场传感器能有效的检测有电流产生的磁场。
下图所示的传感器封装是用来检测通电导线产生的磁场。
导线可放在芯片的上方或下方,但必须垂直于敏感轴。
通电导线在导线周围辐射状地布满磁场。
当传感器中的GMR材料感应到磁场,传感器的输出引脚就产生一个差分输出。
磁场强度与通过导线的电流成正比。
当电流增大时,周围的磁场增大,传感器的输出也增大。
同样,当电流减小时,周围磁场和传感器输出都减小。
图5传感器测电流图示
【实验仪器】
FD-GMR-A巨磁阻效应实验仪,包括实验主机、亥姆霍兹线圈实验装置、连接导线等
【实验过程】
将巨磁阻传感器调整到亥姆霍兹线圈公共轴的中点,旋转传感器内盘,使外盘的刻度线对准内盘0°
,调整传感器外盘,使传感器管脚方向与磁感应强度方向垂直(此时巨磁阻传感器敏感轴与磁场方向平行),用水平仪调整转盘水平,用5芯航空线连接主机和实验装置。
实验一学习巨磁阻传感器定标方法,用巨磁阻传感器测量弱磁场
1.将主机恒流源用波段开关扳向线圈电流方向,将亥姆霍兹线圈用红黑导线串联起来,并与主机上的线圈用恒流源相连;
2.打开主机,将线圈电流调零,传感器工作电压调为5V,将传感器放大倍数档调至×
1档,将传感器输出调零。
逐渐升高线圈电流,可以看见传感器输出逐渐增大,将线圈电流和传感器输出再次归零;
3.将线圈电流由零开始逐渐增大,每隔0.05A记一次传感器输出,以传感器输出为Y轴,线圈电流值为X轴作图;
4.用亥姆霍磁线圈产生磁场作为已知量,得到巨磁阻传感器(传感器敏感轴与磁感应强度方向平行且传感器工作电压为5V时)的灵敏度
。
实验二测定巨磁阻传感器敏感轴与被测磁场夹角与传感器灵敏度的关系
步骤1,2同实验一
3.将线圈电流调高至0.6A,记下零度时传感器的输出(即传感器敏感轴与磁感应强度方向平行时),旋转传感器转盘,每隔5°
记一次传感器输出。
以传感器输出为Y轴,角度为X轴作图,得到传感器敏感轴与被测磁场夹角与传感器灵敏度的关系;
4.若时间充足,可改变传感器工作电压或改变线圈电流再测几组数据(注意,每次改变巨磁阻工作电压后,传感器输出要重新调零)。
实验三测定巨磁阻传感器的灵敏度与其工作电压的关系
步骤1同实验一
2.将线圈电流调零,将传感器工作电压调为2V,将传感器放大倍数档调至×
1档,巨磁阻传感器输出调零,将线圈电流逐渐增大,每隔0.05A记一次传感器输出,作图,得到传感器工作电压为2V时传感器的灵敏度;
3.将传感器的工作电压调高,可每隔1V或2V测一次灵敏度,以传感器灵敏度为Y轴,传感器工作电压为X轴作图,得到传感器的灵敏度与其工作电压的关系。
实验四用巨磁阻传感器测量通电导线的电流大小
1.将主机恒流源用波段开关扳向被测电流方向,用红黑导线将实验装置黑色底板上的被测电流插座与主机上的对应插座相连;
2.将被测电流调零,将传感器工作电压调为5V,将传感器放大倍数档调至×
10档,巨磁阻传感器输出调零,逐渐升高被测电流,可以看见传感器输出逐渐增大,将被测电流和传感器输出再次归零;
3.将被测电流由零开始逐渐增大,每隔0.1A或0.2A记一次传感器输出,以传感器输出为Y轴,被测电流值为X轴,作图,得到被测电流大小与传感器输出的关系
4.若时间充足,可改变传感器工作电压再测几组数据(注意,每次改变巨磁阻工作电压后,传感器输出要重新调零)
【实验数据】
(注:
以下数据不作为仪器验收标准,仅供实验时参考)
实验一
线圈电流/A
传感器输出V/
传感器输出/V
0.25
0.218
0.50
0.472
0.75
0.706
0.05
0.041
0.30
0.267
0.55
0.525
0.80
0.748
0.10
0.082
0.35
0.319
0.60
0.572
0.15
0.124
0.40
0.371
0.65
0.621
0.20
0.170
0.45
0.422
0.70
0.667
y=0.9645x-0.0137R2=0.9991
实验二
巨磁阻传感器工作电压为5V时
角度/°
0.476
25
0.428
50
0.291
75
0.108
5
0.473
30
0.407
55
0.256
80
0.073
10
0.468
35
0.382
60
0.221
85
0.037
15
0.459
40
0.355
65
0.183
90
0.004
20
0.444
45
0.325
70
0.145
巨磁阻传感器工作电压为12V时
1.155
1.037
0.704
0.261
1.150
0.987
0.619
0.173
1.135
0.926
0.530
0.088
1.111
0.858
0.442
0.009
1.077
0.785
0.352
实验三
工作电压/V
2V
3V
4V
5V
6V
7V
0.016
0.023
0.033
0.049
0.057
0.032
0.048
0.066
0.098
0.114
0.050
0.075
0.102
0.152
0.069
0.103
0.138
0.205
0.243
0.132
0.176
0.264
0.306
0.107
0.162
0.217
0.324
0.377
0.127
0.193
0.384
0.450
0.148
0.223
0.296
0.518
0.169
0.255
0.341
0.507
0.591
0.191
0.286
0.380
0.568
0.663
0.210
0.317
0.628
0.737
0.229
0.347
0.687
0.803
0.248
0.376
0.497
0.744
0.872
0.266
0.404
0.533
0.799
0.932
0.284
0.429
0.849
0.990
0.300
0.454
0.600
0.896
1.047
8V
9V
10V
11V
12V
0.071
0.086
0.131
0.164
0.178
0.201
0.226
0.254
0.276
0.303
0.272
0.309
0.378
0.411
0.348
0.397
0.436
0.485
0.527
0.431
0.487
0.538
0.596
0.645
0.508
0.580
0.641
0.709
0.770
0.595
0.673
0.825
0.895
0.674
0.768
0.848
0.940
1.015
0.760
0.861
0.954
1.054
1.137
0.840
0.953
1.050
1.166
1.265
0.920
1.043
1.149
1.277
1.386
0.996
1.129
1.242
1.382
1.495
1.065
1.211
1.331
1.483
1.602
1.132
1.290
1.417
1.578
1.705
1.198
1.363
1.499
1.668
1.798
y=0.3866x-0.0056R2=0.9992
y=0.5861x-0.0093R2=0.9991
y=0.7723x-0.0099R2=0.9992
y=1.1551x-0.0151R2=0.9992
y=1.3508x-0.0184R2=0.9991
y=1.545x-0.0217R2=0.999
y=1.7592x-0.0269R2=0.9991
y=1.931x-0.0259R2=0.9991
y=2.1536x-0.0332R2=0.9991
y=2.323x-0.0325R2=0.9991
灵敏度/V/A
0.387
0.586
0.772
0.964
1.351
1.545
1.760
1.931
2.154
2.323
y=0.1955x-0.0136R2=0.9998
实验四
被测电流/A
2.62
0.036
5.20
0.072
7.77
0.109
0.21
0.003
2.79
0.038
5.41
7.99
0.112
0.42
0.006
3.01
5.60
0.077
8.17
0.59
0.008
3.21
0.044
5.80
0.080
8.39
0.117
0.81
0.011
3.42
0.047
5.97
0.083
8.57
0.120
1.01
0.014
3.59
6.18
8.78
0.123
1.21
3.78
0.052
6.36
0.089
9.01
0.126
1.40
0.019
3.98
0.055
6.58
0.092
9.23
0.129
1.60
0.022
4.18
6.78
0.095
9.40
1.81
0.025
4.40
0.060
6.96
0.097
9.61
0.134
2.03
0.028
4.60
0.063
7.19
0.100
9.81
0.137
2.21
0.030
4.79
7.38
9.98
0.139
2.39
4.97
0.068
7.58
0.106
y=0.0331x-0.0017R2=0.9999
2.59
0.084
5.19
7.82
0.257
0.19
2.77
0.090
5.38
8.01
0.39
0.012
2.97
0.096
5.59
8.19
0.270
0.58
0.018
3.19
5.77
0.189
8.40
0.277
0.79
3.39
0.110
6.00
0.197
8.59
0.283
0.98
0.031
3.51
6.20
0.203
8.79
0.290
1.18
6.39
9.00
0.297
1.39
0.045
3.96
6.61
9.20
0.304
4.19
0.136
6.82
0.224
9.42
0.311
1.78
4.37
0.142
7.01
0.231
9.62
0.318
1.98
0.064
4.58
0.149
7.22
0.238
9.79
0.323
2.18
0.070
0.156
7.41
0.244
10.02
0.329
2.38
4.98
7.60
0.250
【注意事项】
1.在各个实验中,均需注意地磁场对实验产生的影响;
2.使用磁性传感器时,应尽量避免铁质材料和可以产生磁性的材料在传感器附近出现;
1.实验一学习巨磁阻传感器定标方法,用巨磁阻传感器测量弱磁场
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.000
0.027
0.056
0.086
0.116
0.146
0.177
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.208
0.237
0.266
0.287
0.300
0.306
表一传感器工作电压为5V时,传感器输出随线圈电流变化数值表
由拟合直线方程可知:
传感器工作电压为5V时,磁阻传感器的灵敏度
=0.5460
2.实验二测定巨磁阻传感器敏感轴与被测磁场夹角与传感器灵敏度的关系
表2线圈电流为0.6A时,传感器输出随敏感轴与被测磁场夹角变化数值表
0.294
0.206
0.285
0.305
0.271
0.017
0.253
100
3.实验三测定巨磁阻传感器的灵敏度与其工作电压的关系
表3不同工作电压下,传感器输出随线圈电流变化数值表
工作电压/V
0.003
0.073
0.015
0.101
0.134
0.147
0.195
0.039
0.194
0.254
0.051
0.243
0.317
0.064
0.292
0.375
0.076
0.339
0.439
0.088
0.385
0.497
0.100
0.430
0.548
0.111
0.464
0.588
0.119
0.487
0.611
0.123
0.496
0.621
表4灵敏度随工作电压变化关系表
拟合直线方程
灵敏度K
2
y=0.0112x-0.0158
0.0112
y=0.0273x-0.0210
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- 关 键 词:
- 磁阻 效应 实验