霍尔传感器原理与应用

教案课题章节任务2霍尔传感器原理与应用课型专业课课时4教具学具电教设施多媒体教室、资源库、教学目标知识教学点知道什么是霍尔效应；能理解霍尔电流、转速、位置传感器的原理；知道霍尔电流、转速、位置传感器在新能源汽车上的应用。能力培养点能通过实训使用直流电压表测量霍尔电流、位置传感器的特性输出；能通过实训使用示波器测量霍尔转速传感器的波形，并做出正确分析。德育渗透点万事开头难，做人事事情，从开头就要做好教学重点难点重点霍尔电流、转速、位置传感器的原理难点霍尔电流、转速、位置传感器的原理学法引导讲授法、讨论法；通过系统介绍引发学生兴趣，给出资料学生获取信息，然后应用所获信息解决问题教学内容更新、补充、删节增加近年来的新知识及新的发展动态，删除过时信息参考资料课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动内容时间课程介绍:课堂：20%作业（课堂笔记）：20%考试：60%学习目标：1.知道什么是霍尔效应；2.能理解霍尔电流、转速、位置传感器的原理；3.知道霍尔电流、转速、位置传感器在新能源汽车上的应用。4.能通过实训使用直流电压表测量霍尔电流、位置传感器的特性输出；5.能通过实训使用示波器测量霍尔转速传感器的波形，并做出正确分析。学习任务描述：随着汽车技术的发展，特别是新能源汽车的出现，传统接触式传感器的局限性越来越明显。霍尔传感器具备与被测对象无接触的优点，所以新能源汽车逐渐使用霍尔传感器来取代传统接触式传感器。本实训通过搭建电路，测量霍尔传感器工作特性，学习霍尔传感器的基本原理，并通过规范的操作，养成良好的职业素养。知识讲授：知识链接1：霍尔效应一个正常通电的导体中，如果对其施加一个垂直于电流流动方向的磁场，则在洛仑兹力的作用下，电子的运动轨迹将发生偏转，并在导体两侧产生电荷积累，形成垂直于电流和磁场方向的电场。最后电子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。这个现象就是霍尔效应。知识链接2：霍尔电流传感器的原理霍尔电流传感器利用的是霍尔效应原理，主要组成有：霍尔原边电路、聚磁环、霍尔器件、线圈和放大电路等。当有电流通过聚磁环时，在导线周围会产生磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，聚磁环的磁场会使霍尔元件产生相应的输出电压。由于导线周围产生的磁场较弱，霍尔电压信号较低，需要经信号放大器进行放大后输出给控制单元。知识链接3：霍尔电流传感器的应用动力电池控制系统中广泛应用霍尔电流传感器，该传感器安装在高压电池箱内，，主要检测高压电池的充电状态和放电状态。当传感器检测到电池放电出现异常情况时，会向电池管理系统BMS发出信号，控制单元及时地断开动力电池的电压输出，以防发生安全事故或造成电池损坏。知识链接4：霍尔位置传感器的原理霍尔位置传感器是由磁块和霍尔元件组成，霍尔元件放在磁导体的中间，磁场产生的磁力线可以穿过霍尔元件。磁块随着被测物体的运动而改变与霍尔元件的相对位置，此时磁力线穿过霍尔元件的角度就会发生变化，从而霍尔元件输出的电压也会产生相应的变化。知识链接5：霍尔位置传感器在新能源汽车的应用油门踏板连接的磁铁采用的是霍尔式位置传感器，其主要作用是给控制单元提供两个信息：油门的位置信号和油门位置变化的速度，控制单元根据这两个信号来控制电机的动力输出。知识链接6：霍尔转速传感器的原理霍尔传感器由霍尔元件和磁性转盘组成，磁性转盘与输出轴连接。当转轴旋转时，磁性转盘也随转轴1：1地转动，所以固定在磁性转盘附近的霍尔元件能感应到磁场的交替变化。霍尔元件会在每个小磁场的经过产生一个对应的脉冲电压，通过计算单位时间内产生的脉冲数，可以间接计算出被测轴的转速。知识链接7：霍尔转速传感器在新能源汽车的应用大部分品牌的新能源汽车使用的是霍尔式转速传感器，该传感器安装在动力系统的输出轴上。该信号用于汽车仪表系统显示车速、用于巡航定速系统的车速反馈和制动过程中ABS控制制动力的分配等等。磁电式传感器正常工作时无需外接电源，是利用磁电感应来测量物体转速的一种传感器。在新能源汽车领域，用于测量驱动电机的转速，主要是依靠信号盘的铁齿感应线圈来产生输出信号。该传感器制造成本低，工作可靠，安装方便，在传统发动机汽车和新能源汽车中都广泛使用。技能训练：一、技能训练项目本次的实训项目为霍尔传感器原理与应用实训二、实训组织1、6-7人一组2、实习、学习指导（教师分工）教师负责实训室进行操作示范，指导完成相关学习任务三、使用设备霍尔电流传感器实训板、霍尔油门位置传感器实训板、霍尔转速传感器实训板、DC/DC降压控制实训板、可调电压锂电池模块、直流电压表实训板、三通道示波器及信号源实训板、万用表、连接导线四、实施步骤实训一:霍尔电流传感器实训1、实训积木板的认知2、实训设备检查与准备3、识读电路图4、电路搭建及验证（1）探究电流正向流动时，电流大小与霍尔信号的关系。（2）探究电流正向流动时，电流大小与霍尔信号的关系。（3）画出霍尔传感器的特性图。实训二:霍尔油门位置传感器原理实训1、实训积木板的认知2、实训设备检查与准备3、识读电路图4、电路搭建及验证（1）探究霍尔位置传感器信号的变化范围。（2）探究油门踏板位置与霍尔位置传感器输出信号的关系。实训三：霍尔转速传感器原理实训1、实训积木板的认知2、实训设备检查与准备3、识读电路图4、电路搭建及验证（1）探究磁性转盘与霍尔转速传感器输出电压的关系。（2）探究电机转速与霍尔转速传感器输出电压的关系。五、安全和纪律要求1、穿好工作服、讲究仪容仪表2、服从安排，遵守纪律，讲究秩序3、不允许擅自乱动设备知识考察：谈谈你对霍尔传感器的了解？课堂练习与讲评1、教师根据授课情况分配练习任务2、讲评作业与预习1、作业：教师根据授课情况自定2、预习：搜集新能源汽车热敏传感器相关资料了解课程要求，德育要求，了解课程定位明确学习目标，确定学习任务结合教材及教师展示的资料理解霍尔效应结合动画演示讲解磁电位置传感器的工作原理通过具体应用进行讲解结合动画演示讲解磁电