电磁感应的优点范文

关键词：高斯计；磁感应强度；霍尔效应

1设计原理

传统的高斯计采用仪表放大器电路放大霍尔效应产生的感应电压，指针显示或者经过模数转换后通过LED或者液晶显示测试值。在硬件电路中有零漂补偿和增益调整电路，结构较复杂，而且要通过调整霍尔元件的供电电流来标定。本方案用内置可调增益的MSP430设计新型高斯计的方法。该高斯计有结构简单、分辨率较高、可自动调零、标定容易，可以与上位机通过RS232通讯实现实时的测控等优点。

该高斯计为典型的信号采集处理仪表电路。硬件包括信号采集、信号放大、信号变换、测试值显示等部分。信号采集通过霍尔探头将磁感应强度转化成与其成线性关系的电压信号。信号放大与信号变换由内置放大的16位模数转换芯片MSP430实现。测试值用12864液晶显示屏显示。考虑上位机良好的人机交互性，还设计了RS232串行通讯接口。整个信息采集，处理和与上位机通讯都由MSP430G2553芯片来协调控制。系统由传感器、信号调理电路、模数转换电路、显示电路、存储电路、中央处理器和按键组成。

2霍尔传感器

本方案采用的是集成霍尔传感器，它是把霍尔元件、放大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔元件相比，它具有微型化、灵敏度高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。霍尔传感器是一种能实现磁电转换的传感器，用它们可以检测磁场及其变化。由于霍尔元件具有在静止状态下感受磁场的能力，且结构简单，形小体轻，频带宽（可从直流到微波），动态特性好、动态范围大，寿命长和可进行非接触测量等优点，故在检测技术、自动控制技术和信息处理等方面得到日益广泛应用。

3硬件设计

3.1信号采集模块

我们选用的是AH49E。AH49E是一块线形霍尔效应集成电路，输出电压随着磁通密度的变化而变化，能检测出细微的磁场变化情况。它可应用于测量物体的运动、距离，位置传感器等方面，也适合在环境恶劣或污染严重的条件下使用。

使用要点在无磁场的情况下（B=0G），输出脚的电压为电源电压的一半。当有一S极性的磁场靠近电路的正面（有商标的一面）时，输出电压相对应地上升。反之，当有一N极性的磁场靠近电路的正面时，输出电压相对应地下降，上升或下降的幅度是对称的。线形发生变化也就是拐点区域在900G-1000G。

3.2电源管理模块

硬件部分通过直流电源为各个模块提供电源，利用线性霍尔元件AH49E进行磁场检测，其输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压.该电压通过集成运算放大器lm358调整为0～2.5v输入单片机进行处理。

该电路为霍尔元件和单片机提供5v电源，输入端47uf电容起缓冲作用，输出端47uf电容起低通滤波作用，100uf电容起高频滤波作用

3.3信号调整模块

所选传感器的最大输出电压为4.2v，最小输出电压为0.8v。故利用运算电路将其调整为0～2.5v，根据运算电路的性质：Vo=-R2/R4*Vi=-0.5Vi.输出电压的范围在0.4～2.1之间。符合送入单片机的信号要求。

3.4缓冲隔离模块

为了使出入单片机的信号能够稳定，我们本次试验还设计了电压缓冲器，对输入信号进行缓冲隔离。

3.5信号检测模块

使用霍尔元件AH49E进行检测，该产品由霍尔电压发生器，线性放大器和射极跟随器组成，其输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压.

4软件设计

近年来由于微控器C语言编译器的效率极大提升，加上C语言良好的可读性、可维护性和移植性，绝大多数嵌入式系统的软件开发开始使用C语言，因此本系统软件部分用TI公司的CodeComposerStudiov5软件环境编写代码，控制系统运行。系统软件部分的主要功能是读取A/D采样值并通过计算转换为高斯值后通过12864液晶显示屏显示高斯值。其它功能主要有仪表的上下限校准（-1000G和1000G），液晶画图功能（画出磁感应强度的大置曲线）等等。

在软件设计中，本系统是使用TI公司开发的MSP430G2253

芯片，本芯片具有如下特点：

1）处理能力强；2）运算速度快；3）超低功耗。

由于MSP430系列单片机，有内部10位精度A/D转换，可用内部A/D即可得到高斯值。利用单片机内部定时器中断，每隔60毫秒，A/D转换一次，更新一次高斯值。单片机一次执行A/D采样值、采样值数据处理（变成高斯值）和更新显示数据，在按键功能选择时，还可在液晶显示屏上实时画出磁感应强度曲线。

5预期功能

1）永磁体的表面磁场测量；2）气隙磁场的测量；3）余磁测量：如工件退磁后的退磁效果检测。4）漏磁测量：如喇叭漏磁测量；5）环境磁场测量：安全报警装置、测速测量设备等仪器仪表等行业；6）磁滞回线的测量：通过磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系即B-H曲线来说明。

6方案优点

1）利用新的角度、新的思想达到弱磁的测量。2）测量原理和方法简单、探头体积小、测量敏捷，并能直接连续读数。3）霍尔传感器具有对磁场敏感程度高、结构简单、使用方便。4）可较为准确地测量-1000Gus-1000Gus的弱磁场的磁感应强度。5）通过测定变化磁场的磁感应强度，绘制的较为简单的磁滞曲线。

7方案缺点

1）磁感应强度测量示数不稳定，易受外界因素干扰。2）半导体霍尔元件的温度系数一般都较大，不经温度校准误差较大。3）未能消除霍尔效应的副效应对磁场的测量产生影响。

8误差分析

1）测量时，未能全部利用霍尔元件的线性区，测量不太精确。2）磁场强度的改变，未能全部反映到输出电压上。3）霍尔效应的副效应对磁场的测量产生影响。4）因螺线管通长时间的电流，产生一定的热效应，引入误差。5）使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差。

参考文献：

[1]钟顺时，电磁场理论基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2O00，7.

[2]饶益花，霍尔传感器及其在物理实验中的应用，物理与工程，Vol.14No.4，2004.

[3]赵新民、王祁，智能仪器设计基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999.

电磁感应的优点范文

省实验中学优秀教师

高三物理教师王金星

“电磁感应”是物理主干知识，符合“年年考”的规律

最近几年的理综试题，无论是题型的设置、知识面覆盖的广度还是试题的难度，相对而言都没有大的变化。在试题形式上，理科综合采取“物理、化学、生物”三科知识拼盘的形式，“综合”主要是指学科内知识点间的综合。

物理部分高考命题奉行的原则是：“主干知识年年考，非主干知识轮流考”，“在考查基础知识的同时，注重考查能力”。而电磁感应部分是高中物理主干知识，“力学”与“电磁学”的有机结合，是学科内综合问题的重要体现。“对电磁感应的考查既能考查基础知识，又能考查综合能力，是高考的热点内容之一，也是难点之一。”王金星老师说。

据王金星老师介绍，从今年的《高考考试大纲》对物理试题的要求来看，关于电磁感应这一部分内容有两个Ⅱ级知识点（78.电磁感应现象，磁通量，法拉第电磁感应定律，楞次定律；79.导体切割磁感线时的感应电动势，右手定则）和两个Ⅰ级知识；80.自感现象；81.日光灯。

而从近5年全国一卷的高考试题可以看出，对电磁感应的考查主要集中在法拉第电磁感应定律与力学、能量、电路、图像的综合。

如2004年的第24题，考查了法拉第电磁感应定律、全电路欧姆定律、安培力的计算、力和运动的关系、物体的平衡条件和有关功率的知识。

2006年第21题，通过图形变换，考查了学生应用本部分知识的二级结论——感应电流通过导线横截面的电量的熟练程度，从而考查了法拉第电磁感应定律和全电路欧姆定律。

2005年的第19题和2007年的第21题，这两道题目则是巧妙地利用“线圈形状和磁场形状在空间上的变化，导致线圈匀速运动时切割磁感线的有效长度变化，从而导致闭合回路感应电流随时间的变化”这一物理过程。考查了学生灵活运用法拉第电磁感应定律、全电路欧姆定律和构图识图的能力。

2008年第20题，是在2005年和2007年那两题的基础上，转化为对法拉第电磁感应定律中感生电动势的考查。

“电磁感应”有两种出题可能

“从过去看将来，现在可以推测，在2009年的高考中，考查‘电磁感应’的题目将有两种可能。”王金星老师说，一是仍将以选择题的形式出现，二是以中等难度的题目出现在计算题中。无论是哪种形式，在命题过程中都将会通过图像、图表及实物提供众多的解题信息。如何提取有效信息、分清研究对象受力情况、运动情况和能量转化情况是解决此类问题的关键。

他说，理综物理试题难度不可能大，物理过程不可能太复杂，因为三科共卷本身就加大了思维的难度，若某单科的一道题难度加大就会导致整个试卷的考查目标降低。“所以，我个人认为，全国一卷对电磁感应的考查仍将以选择题型为主。”

看看如何复习这个知识点

电磁感应的核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律，前者给出了感应电动势大小的决定因素，后则说明的是感应电动势方向所遵循的规律。电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的规律，它综合了电路和力学的有关知识，主要讨论电能的产生、传输、分配，并通过用电器转化成其他形式能的特点规律。在实际应用中常常用到电路的3个规律（欧姆定律、电阻定律和焦耳定律）和力学中的图像问题、牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、功和能的思想。

以“电磁感应”这个知识点为例，建议从以下几个方面进行复习。

首先，整体研究最近几年的高考试题，找寻知识点命题规律。其次，回归课本，有针对性地重温相应的概念与规律。然后，还需要有目的性的识记相应知识点的二级结论。

电磁感应的优点范文篇3

1、知道电磁驱动现象．

2、知道三相交变电流可以产生旋转磁场，知道这就是感应电动机的原理．

3、知道感应电动机的基本构造：定子和转子．

4、知道感应电动机的优点，知道能使用感应电动机是三相交变电流的突出优点．

二、能力目标

1、培养学生对知识进行类比分析的能力．

2、培养学生接受新事物、解决新问题能力．

3、努力培养学生的实际动手操作能力．

三、情感目标

1、通过让学生了解我国在磁悬浮列车方面的研究进展，激发他们的爱国热情和立志学习、报效祖国的情感．

2、在观察电动机的构造的过程中，使学生养成对新知识和新事物的探索热情．

教学建议

1、由于感应电动机的突出优点，使它应用十分广泛、本节对它做了简单的介绍，以开阔学生眼界，增加实际知识．但作为选学内容，对学生没有太高的要求，做些介绍就可以了．

2、可以通过回忆前一章习题中提到的电磁驱动现象，本节的关键是通过演示、讲解使学生明白三相交变电流也可以产生旋转磁场，做到电磁驱动，这就是感应电动机的原理．这有利于新旧知识的联系和加强学生学以致用的意识．有条件的可以看实物或带学生参观，以增加实际知识．

3、课本中的感应电动机的内容，简要地介绍了感应电动机的转动原理，其中的核心内容是旋转磁场概念．建议教师如果可能的话，应找一台电动机，拆开了让学生看一看各个部分的形状．三相感应电动机在工农业生产中的应用很广泛，最好能让学生看一些实际例子．

教学设计示例

感应电动机

教学准备：幻灯片、感应电动机模型、学生电源、旋转磁铁

教学过程：

一、知识回顾

电磁驱动现象说明

二、新课教学：

感应电动机

1、过回忆绍电磁驱动现象：在U形磁铁中间放一个铝框，如果转动磁铁，造成一个旋转磁场．铝框就随着转动．这种电磁驱动现象．

告诉学生感应电动机就是应用该原理来工作的．

2、旋转磁场的产生方法：

旋转磁铁可以得到旋转磁场

在线圈中通入三相交流电也可以得到旋转磁场．

3、感应电动机的结构介绍

定子：固定的电枢称为定子

转子：中间转动的铁心以及铁心上镶嵌的铜条叫转子

4、鼠笼式电动机模型介绍

感应电动机的转子是由铁芯和嵌在铁芯上的闭合导体构成的．闭合导体是由嵌在铁芯凹槽中的铜条（或铝条）和两个铜环（或铝环）连在一起制成的，形状像个鼠笼，所以这种电动机也叫鼠笼式感应电动机．

5、感应电动机的转动方向控制