霍尔效应实验报告

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霍尔效应实验报告范文第1篇

【关键词】传感器及检测技术;教学改革;实践

引言

传感器与检测技术是信息技术的核心之一，它是研究信息提取、信息转换和信息处理与应用的课程，是一门综合性非常强的专业基础课，涉及到不同的学科领域，包括机械、电气、信息、环保等［1］。该课程理论内容非常分散，实践性强，尤其是理论部分的学习过程非常乏味。如何提高课程的教学效果，激发学生的学习兴趣，探索合理科学的教学模式是从事该课程教学的教师一直关注的焦点问题。本文从从理论教学与实验教学两个环节进行了教学新模式的尝试与改革，并取得了初步的成果。

1理论教学方面

传感器及检测技术这门课程在理论学时的安排上，应根据教学大纲的要求，适当减少理论学时，增加课堂的灵活性。那么既要完成教学任务，又要把这门课程讲好，这就向我们提出了一个艰巨的任务，所以本门课程在理论课的安排上不能完全按照教材去讲解，要综合考虑以下四方面内容:第一，学生对于先导知识的掌握。本课程是在电路、电力电子技术基础上开设的课程。传感器主要作用是信号的采集，对于信息的处理与应用主要还是利用电力电子技术，有了这些先导课程，教师才能够更清晰地讲解传感器中的测量电路，让学生能够深入理解传感器在实际中的应用。第二，传感器基本知识的讲解。这是本门课程的主要任务，讲解各种传感器的结构原理，让学生更加深刻地理解传感器中非电量与电量之间的转换关系。第三，在前两点的基础上，增加一些测量实例。只有既讲解好元件的原理结构又与应用电路相结合，才能够使得整体课程不空洞，让学生切实体会到传感器的作用。以霍尔传感器为例，在讲授霍尔传感器的原理时，除了讲解霍尔效应以及它可以测量位移、转速、加速度等，可以加入霍尔开关的应用，利用霍尔开关产生的电信号控制卫生间内的照明情况，此应用结合传感器与电力电子技术的知识，让学生直观地看到传感器在现实生活中的作用。第四，及时补充传感器的前沿知识。如物联网传感器，让学生能够从接受这门课程开始到有兴趣去自主学习［2］，整体内容在安排上由浅入深。在理论课的讲解过程中，要尽量使用现代化教学工具和多媒体技术进行教学，提高教学效率。

2实验教学方面

2．1实验进度的安排目前一般的实验课安排在教学周的最后阶段，无法让学生及时地把理论与实践相结合，实验课的目的就是加深对理论知识的理解与应用，因此我们可以把传统验证性实验穿插在教学过程当中，加深学生对传感器理论知识的理解。这样既可以让学生明白自己在学什么，又可以提高动手能力。在做实验的过程中，可以引导学生思考，除了原理性的实验，此种类型的传感器还能在工程上有什么样的应用，为后边安排的设计性与综合性实验打基础。时间上安排，实验课应贯穿整个教学期间，形成一个完整的教学过程。2．2实验类型的设定传统的传感器实验多为验证性实验，学生按照实验指导上的实验步骤连接电路，改变其中的某些参量，得到非电信号到电信号的转变，最后记录实验结果。学生只是被动做实验，缺乏主动性与创造性。所以在实验内容安排上，既要有验证性的实验还要有综合性和设计性的实验，在整个教学过程中，逐渐地把教学从以教师为中心转变为以学生为主体，让学生化被动为主动［3］，既增加了教学的趣味性，又提高了学生学习的积极性。如我们在讲解电阻式传感器时，由于电子秤是电阻式传感器的经典应用，教师就可以安排先做验证性的实验，如电阻式传感器的半桥性能实验，在试验台上进行电路的连接，体验一下力如何转变成电信号，记录实验结果，分析实验误差等。这种相当于导入实验，不要安排太难，要提起学生做实验的兴趣，让大家把课上的理论知识应用到实验当中去。然后可以安排做电阻式传感器的全桥实验进行对比，对比一下不同连接电路中灵敏度、误差等指标的区别，也为后边电子秤的综合性实验打基础。综合性的实验要求学生自主去做。所谓自主，即教师只提出实验要求，实验原理与电路由学生去设计。最后提交实验报告，在报告中，要包含实验步骤、原理图以及实验结果，还要记录实验过程中遇到的难点以及解决办法。做实验过程中安排好实验内容的层次，实验要求由低到高，由验证性实验开始，到综合性实验，以设计性的实验作为结束。设计性的实验由学生自己去查资料定题目，由实验室给学生提供基本的工具。学生可以和其他课程内容相结合，如单片机、数字信号处理等课程，将传感器采集到的信号进行数模转换，送入到单片机或计算机中，再进行信号处理。举一个比较简单的例子，利用温度传感器采集温度传送到单片机中，通过LCD显示当前的温度。测温电路采用DS18B20温度传感器来采集温度，利用单总线技术将其与AT89C51的P0接口相连接，显示部分用LCD中的LM016L液晶显示屏来作为显示电路，将AT89C51中的P2口作为数据线，将P3口作为LCD的控制信号的连接端口。这些设计性的题目既可以让学生体会到亲自动手做电路带来的快乐，又可以巩固学生学过的课程。2．3实验内容的完善目前我们的实验内容都是固定的，实验内容的安排应该经过多学期的完善，最终确定为最适合学生的实验内容。开课的每学期结束后，听取学生的感受和意见，调整实验内容，如增加学生们感兴趣的实验部分，调整验证性和综合性实验的难度以及两部分内容开设的比例。

3课程考核方面

目前我们的课程考核以期末考试为主要的评价方式，考核方法单一。成绩比例更偏向于理论成绩，学生的目光更集中在期末考试的试卷上，这使得实验部分无法引起学生的重视，不利于提高学生的动手能力与创新能力。为了科学评测学生的学习效果，全面考察学生的应用能力，课程考核方面也进行了改革。期末考试成绩分成两部分，理论部分与实验部分各占50%，相对于现在而言提高了实验成绩的比例。其中理论部分包括平时成绩与期末考试成绩。平时成绩反映学生上课的出勤情况以及课堂表现与平时作业的完成情况，占理论成绩的20%;期末考试的卷面成绩占理论成绩的80%。实验部分成绩包括验证性实验成绩与综合设计性实验成绩。验证性实验成绩体现学生对实验课的准备情况、实验课的表现以及实验报告质量;综合设计性实验的成绩，体现学生的实践能力。这种考核方式更加科学合理，发挥了考核的积极功能。经过几年的探索与改革，我们找到了该课程适合学生的教学方法，既能够愉快地完成教学任务，又能够提高学生的实践和创新能力，为学生将来无论是步入社会找工作，还是继续学业打好了基础。当然这还是我们的初步探索，以后会加大教学的改革步伐，不断提高传感器与检测课程的教学质量。

［参考文献］

［1］张小奇．传感器教学改革课程研究［J］．吉林工程技术师范学院学报，2009，25(10):132－134．

［2］刘佳．研究型教学在传感器课程中的应用［J］．中国科教创新导刊，2012，(3):144－145．

［3］蒋全胜．“传感器与检测技术”课程教学改革初探［J］．巢湖学院学报，2009，11(3):145－146．

［4］徐科军．“传感器与检测技术”课程建设探讨［J］．电子电器教学学报，2009，31(3):111－113．

［5］刘金桂，王梅，王晓静．“传感器与自动检测技术”课程设计教学改革［J］．成功(教育)，2011，(7):19－20．

霍尔效应实验报告范文第2篇

Abstract: This paper points out the traditional university physics experiment, and according to the problems of the present situation and characteristics of the independent college, proposes new ideas about university physics experiment teaching contents, teaching methods and evaluation methods reform.

关键词: 独立学院;物理实验;教学改革

Key words: independent college;physics experiment;teaching reform

中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0124-02

0引言

物理学是一门以实验为基础的学科,所有物理规律的发现、物理理论的建立,都是在严格的实验基础上总结概括出来的,物理实验它反映了理工科实验的共性和普遍性问题。所以,它不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练,掌握科学实验的基本知识、方法和技巧,更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神,培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,特别是与科学技术的发展相适应的综合能力,虽然在一些院校物理实验已经独立设课,但是教学内容偏旧,范围偏窄,教学方法传统,教学组织不灵活,这与目前独立学院培养应用型人才的要求不适应。

1独立学院大学物理实验教学改革的背景

1.1 独立学院的现状和培养目标独立学院是一种既不同于普通高等教育、又不同于高等职业教育的特殊类型的高等院校,其目标是培养既有一定的理论基础,又具备较强实践能力的高素质应用型人才。独立学院的生源大致可以分为三种:①部分基础比较好的学生,他们学习主动积极,在老师的指导下,能很好的完成学习任务,这部分学生所占比例较少;②有相当一批学生,基础知识薄弱,对抽象理论知识的接受能力、逻辑分析能力、学习的主动性较差,这部分学生占了绝大部分;③有极少数学生,学习兴趣不浓厚,学习信心不足;意志薄弱,自我控制能力较差,学习目的不明确。

1.2 传统大学物理实验教学面临的挑战首先,传统的普通物理实验教学活动,以老师的“教”为中心,教材中对实验的目的、内容、方法、步骤写得明明白白,甚至设计好实验表格及部分数据,由教师准备好实验仪器。总之,一应俱全,学生只需要按部就班就可以了;其次,实验教学中的验证性实验较多,设计性实验较少;单一性的实验多,综合性的实验少,而且传统实验陈旧,很少有现代化的气息[1]。同时,实验考核方法不完善,学生的实验成绩往往以实验报告为主,而忽略了实验过程中学生的实际操作和创新想法。学生只是被动地重复实验步骤,忽略了学生认知过程中的主观能动性,束缚了学生的思想,使学生的实际动手能力和独立思考能力得不到培养,限制了对学生创新精神和创新能力的培养。

2独立学院大学物理实验教学改革的设想

2.1 更新教学观念传统的物理实验项目被分为力、热、电、光等各自独立封闭的状态。往往只是教科书上已有的基本物理规律、定律的简单重复。二十世纪后期,科学技术发展的巨大成就很少能在基础物理实验中得到反映。因此,学生对基础物理实验课越来越感到枯燥无味,严重地阻碍了学生学习的积极性、主动性、创造性以及现代科学思维方法的形成。所以,要树立以“学生发展为中心”的教育理念,把物理实验作为发展学生个性、启迪学生创造性思维、启发学生主动获取知识、培养学生创新能力的最佳环境[2]。教学中要讲科学的概念和规律是怎么产生的?当时科学家为什么要设计这样一个实验?有的实验成果则产生了一个新的科学领域或者一个新的产业,介绍当时的科学技术背景和经济背景。

2.2 改革教学内容根据当今物理学的发展方向和新时代对人才的要求,及时更新教学内容是必要的。而独立学院作为“教学型大学”,主要是为社会培养应用型人才,更加应该注重把当前的新技术、实用性实验技能融入到一些常见的物理实验里。例如,电桥实验强调在工业检测中对高、中、低值电阻测定的条件,尤其是桥式电路在智能仪器仪表、传感仪器中的广泛使用;偏光实验可与制药、食品加工、立体电影的观赏等应用相联系;等厚干涉实验在当今检验表面粗糙程度和细丝直径的应用,特别在精确测量微小位移等方面的重要意义;利用霍尔效应做的磁控开关,检测材料屏蔽的能力,并用其来限位、测距等。可适当涉及部分光谱技术、真空技术、磁共振技术、光电技术、传感器技术、光学信息处理等方面内容,使得实验教学更具有现代的气息,这样能够激发学生对物理实验的兴趣。

我们可以在传统的物理实验基础上,进一步精减、精选一部分经典的物理实验,根据不同专业教学目的的侧重点不同,可把普通物理实验按基本型实验、提高型实验、开放设计型实验三大模块进行建设。打破固定的教学时间、固定的教学地点、固定的教学班级,分层次教学,因材施教。基本型实验,主要为基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能的训练和基本测量方法与误差分析等,涉及到力、热、电、光、近代和物理各个学科,为普及性实验。提高型实验,根据学院专业体系的不同,结合不同专业课程特点,开设适合不同专业学生的实验项目和内容。譬如,电子类专业可开设示波器实验;再例如惠斯登电桥可以测量电阻、电容、电感、温度、频率、及压力等许多物理量,同时也可应用在自动控制技术中,要向工程技术领域延伸,加强专业、职业素质培养。开放设计型实验,学生在教师指导下,自己设计方案来完成实验,从而培养学生的综合思维和创造能力。学生通过做设计实验,从成功与失败中受到训练,得到素质的提高[3]。

2.3 改革教学手段、实验模式在传统的物理实验教学中,实验一般都是实行大循环,不可避免地出现理论和实验不同步的现象,由于受到实验课学时的限制,不能在课堂中详细讲解实验原理和推导过程,而独立学院的学生基础较差,所以可引用计算机多媒体技术,将一部分实验做成多媒体课件,并在课件中插入一些在黑板上比较难画的图,仪器全貌,或部分实验的动态演示过程,能够帮助学生更深入地理解实验原理。

大学物理实验这门课程中所开设的实验内容,都是教学大纲或者教材规定了实验步骤、实验方法。学生大部分都是被动跟着教材或者教师规定的程序来做实验。所以,将一些已知的实验步骤有意去掉,留给学生一定的思维空间,突出重点内容,其余则点到为止。启发学生去思考和研究实验方法,鼓励学生自己设计实验方案,探索实验步骤,寻找实验结论从而完成实验,培养他们的创新能力、实验动手能力和综合能力。

3物理实验考核方法改革

改进实验考核方法,旨在提高教与学两方面的积极性,现有的物理实验考核大都由两大部分构成,即平时成绩与实验成绩,平时成绩包括实验报告和出勤率以及实验课堂上的表现。实验课程考核的内容,主要包括学生对实验原理、实验方法、操作过程、数据处理方法等的掌握。针对有些学生在做完物理实验以后进行专业课实验时,发生连基本物理仪器都不会使用的尴尬情况的现象,我们同时也应加强对成绩考核的管理。所以,实验成绩应由两部分构成:平时实验成绩和期末考试成绩。为了进一步保证实验课的教学质量,提高学生的动手操作能力,培养学生创新意识。对学生的期末考试应采用了操作考核的方法。实验操作,可采用抽签的方式,让学生独立完成本学期的一个实验项目。而答题可以有书面形式和面试两种,考核内容涉及误差理论、实验技术以及创新能力等方面。这样在判定学生实验成绩时,避免了单一凭借学生的实验报告完成情况,而忽视学生对知识的真正掌握。

4结语

独立院校学生大多理论基础薄弱,根据学生自身特点,更新教学观念,改革教学内容和和手段,在物理实验教学中采用启发式,互动式,探究式的教学模式,充分调整学生的认知情绪,使学生由被动变为主动,这才是我们走出独立学院物理实验教学困境的最好方法。

参考文献:

[1]唐亚明,葛松华等.工科物理实验课程改革与实践[J].大学物理实验,2006,(1):86-88.

霍尔效应实验报告范文第3篇

[关键词]非线性负荷；TDM时乘法分割器；电量对比；谐波干扰

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0038-02

1. 试验背景

随着经济的飞速发展，山西省各类非线性负荷工业用户用电量与日俱增。电铁、电炉、电石、电冶等用户数量十分庞大，这些用电大户的电能计量准确性关系重大，对山西电网的线损影响也十分明显。输电及配电系统设计是在固定频率的正弦电压和电流波形下进行的。大量的非线性负荷（包括谐波负荷、冲击负荷、非稳定负荷等）会产生较大的谐波注入电网。其工作时会产生谐波及冲击电流，造成电网的电流、电压发生畸变，严重时会影响电网的安全和计量的准确性。特别是一些突变负荷和倒送负荷，会产生强大的谐波注入电网，对电网电能计量的准确性造成很大的干扰。

由于大功率整流、逆变、变频技术在电气化铁路、炼钢厂、电解铝、化工厂中得到普遍应用，使得电网中存在谐波成分、还有一些突变负荷和倒送负荷不仅对供电系统造成污染，对电力设备、通信线路等构成直接危害。更主要是影响电网和其他用户的电能计量数据的准确性。为此有必要研究在谐波影响下的电能计量方式，选用合适的、高精度电能表，以确保电能计量准确，保障电力营运企业的经营效益。

目前电网关口电能表多采用 A/D采样原理电能表（对电能量进行非实时的采样后进行数字运算），L厂家电能表采用TDM时分割乘法器硬件对电能量进行实时测量，在谐波计量方面具有一定优势。2013年8月开始，省计量中心对4块该厂家谐波电能表，0.2 S级、57.7 V、3× 5（A）进行试验室检定和现场选点挂网试运行。

试验点为赵家山220KV赵钢II回，永安220KV永铁I回，官堡220KV东牵I回线，海落湾220KV海测线等四条线路进行现场挂网运行试验。

2.时分割乘法器与A/D乘法器原理对比

电气化铁路的牵引负荷具和工业电炉有间断性，并有短时过负荷的特点。电铁谐波的大小与机车类型、牵引站主变压器接线方式和牵引负荷等有关。我们知道，谐波对电力系统的影响是过大的高次谐波流入电气设备会造成过负荷、过热等现象。对于利用电压波形进行控制的设备，以及仪器仪表的计量等会引起误控。而电铁和工业电炉产生的谐波就具有含量大、分量多（ 3，5，7等奇次波均有）等特点。

TDM时分割乘法器硬件电能表是对电能量进行直接的、实时的测量；而“A/D”采样原理软件电表则是对电能量进行非实时的采样后进行数字运算。

TDM时分割乘法器硬件电能表配备TDM乘法器和V/F转换器，构架于ARM微处理器操作系统，处理速度比A/D软件乘法器快。

3.现场试验

3.1 试验对象

非线性负荷工业用户用电量与日俱增。这些用电大户的电能计量准确性关系重大，对山西电网的线损影响也十分明显。电气化铁路采用整流器式电气机车，机车上整流装置在换相过程中产生电流电压的畸变，因而造成谐波电流在牵引网中流通，同时也流入了输电网络中。而冶炼用户广泛使用中、高频炉，同样产生大量谐波功率注入电网。因此，省计量中心的比对实验就是要让供电企业采用准确、可靠的计量技术，尽量减少这些非线性负荷对电能计量的影响和损失。

选择受钢铁厂、铁路牵引变谐波污染严重的计量点进行挂网试验。

试验点为赵家山220KV赵钢II回，永安220KV永铁I回，官堡220KV东牵I回线，海落湾220KV海测线等四条线路进行现场挂网运行试验。

其中试验计量点的具体信息如表1：

3.2 试验方法

采用L厂家表计与原表计并列运行，接入厂站电量采集系统，定期读取电量数据，进行实负荷计量对比试验。

在实验起止时间段内，被试表与原安装表进行电量直接比较，即：

3.3 试验工作

3.3.1 试验用表的选择、采购

谐波对计量方式影响及处理研究选择 “TDM时分割乘法器”原理硬件电能表作为试验用电能表。具体要求为：

（1）采用能对谐波及非线性负荷电能进行直接、实时、准确计量的硬件原理，其硬件计量原理应基于热偶乘法器、霍尔效应乘法器、跨导乘法器及TDM时分割乘法器。

（2）为保证电能计量采样处理速度，杜绝多点人为误差修正，要求如下：a.规程规定的任一电流测试点，三个分相的有功计量误差平均值与合相误差值不得超过±0.03%；b.电能表误差的影响量测试应按照60%内控执行。（例如：有功电能计量逆相序影响试验，国标允许误差为±0.05%；则60%内控为±0.03%。）

（3）能够独立显示基波、谐波电量。

3.3.2 对选定的试验计量点直接与原计量表计进行运行比对试验，这样既保证了试验计量点正常的电费结算，又满足试验前后线损的计算比对，更多的提供了试验对象的多样性。

3.3.3 电能表实验室检定和现场测试所有试验用电能表均经过实验室检定合格，在现场运行时，所有电能表也定期进行现场测试和检定，保证所有比对试验数据的准确和可靠。

3.3.4 现场抄表和数据收集工作试验点投入运行后，各配合单位均派专人按时对试验数据进行抄读和定期进行现场检测。

3.3.5 数据整理和分析课题组定期进行现场分析会，及时对数据进行分析，排查可疑数据，发现问题及时进行调查处理，使现场试验工作顺利进行。

3.4 试验数据及分析

3.4.1 赵家山220KV变电站赵钢2线与L厂家试验表电量对比（见表2）

3.4.2 永安220KV变电站永铁1回与L厂家试验表电量对比（见表3）

3.4.3 海落湾220KV变电站海测线与L厂家试验表电量对比（见表4）

3.4.4 官堡220KV变电站东牵1线与L厂家试验表电量对比（见表5）

3.5 结果分析

3.5.1 赵家山站原表为斯伦贝谢Q1000关口电能表，与实验表原理相同，计量电量差值较小，但仍比原表多记电量；

3.5.2 忻州永安站（威胜）、阳泉海落湾站（浩宁达）、大同官保站（华立）均为采用A/D采样原理普通电能表，由以上数据分析可知，普通表受谐波干扰影响较大，平均比实验表少计电量1.64%。

4.电量数据分析

本课题试验结果证明：采用 TDM时分割乘法器原理硬件的电能表，对非线性性负荷和谐波负荷进行电能计量，比 A/D电能表计量更精确。

比对试验结果证明，

以忻州永安站永铁I回为例：该线路一年的用电量约为6059万kWh，采用TDM时分割乘法器原理的硬件电能表，按减少计量误差1.64%计算，相比采用A/D采样原理普通电能表每年可减少电量损失99.37万kWh，按电铁综合电价0.718元/kWh计算，可为供电企业挽回经济损失约71.35万元。

在炼钢类企业用户电表比对中，采用 TDM时分割乘法器原理硬件的电能表与Q1000基波谐波表计量精度相同。

5.研究结论

（1）“时分割乘法器硬件原理”电能表与原安装电能表比较有以下优点：

1）电能误差受负荷变化、谐波等的影响小，线损率波动减小。

2）在所有试验计量点，“时分割乘法器硬件原理”电能表普遍比其他原理的电能表计量更准确，有效地降低了线损、减小了线损波动。

3）在实验室条件检测，“时分割乘法器硬件原理”电能表误差检测数据亦明显好于A/D采样原理软件电表；这从另一个侧面证实了“时分割乘法器硬件原理”电能表能够有效消除标准源波形失真度的影响。

（2）现场试验分析结论

本实验经过长时间现场运行试验数据减小了试验结果的随机性，通过一段时间的现场运行试验，不同负荷性质用户试验点的试验结果达到了预期目标，试验数据说明了研究结论的正确性。验证了在非线性负荷及谐波负荷工况下，“TDM时分割乘法器原理”硬件电能表是减少非线性、谐波负荷对电能计量干扰有效的方法。

参考文献

[1] 余贻鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J].南方电网技术.2009（3）：1.