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霍尔探头尺寸对测试值的具体影响

更新时间:2022-11-14 点击量:469


根据霍尔效应原理制成的特斯拉计(高斯计)在测量磁场中,有着广泛的应用。这种仪器是由作为传感器的霍尔探头及仪表整机两部分组成。其中探头内霍尔元件的尺寸、性能与封装结构对磁场测量的准确度起着关键的作用。

霍尔效应特斯拉计对均匀、恒定磁场测量的准确度一般在5%—0.5%,高精度的测量准确度可以达到0.05%。但对磁体表面的非均匀磁场的测量就谈不上准确度了。往往是不同的仪表,或同型号的仪表,不同的探头,或同一支探头的不同侧面,去测量同一磁体表面,同一位置(应该说看上去是同一位置)的磁场时,显示的结果大不一样,误差可以超过20%,甚至50%。

造成上述差别的原因有两点:其一,不同探头内霍尔元件封装的位置不同,或元件不在探头两侧的中部。这些探头在均匀磁场中,不会因位置上的改变而感受到磁场的改变,测量数据也不会因位置的不同而带来误差。当用不同的探头去测磁体表面发散的、不均匀的磁场时,虽然表面看上去是放到了同一位置,而内部霍尔元件感受到的并不是同一位置的磁场。感受到的场值不同,测量结果当然不一样。见不同磁体磁场示意图。一般,对于径向探头,厚度越小,内部霍尔元件离表面越近,测量表面磁场显示读数越大。采用超薄探头去测表面磁场时读数可以高于常规探头20%以上(被测磁体尺寸越小,磁体表面曲率越大,表面磁场越不均匀,测量数据差别越大),但是无论多薄的探头,其内部对磁场敏感的部分与磁体表面总有一个间距,不可能为★距离。所以说,不可能测到真正的表面磁场。只能说,使用的探头越薄,读数越能反映出磁体的表面磁场。

原因之二是:不同型号的霍尔探头内,所封装霍尔元件的敏感区尺寸不同。早期的体形霍尔元件,如锗、硅霍尔元件,尺寸一般为4×2㎜2也有6×3㎜2、8×4㎜2、最小为1.5×1.5㎜2,有效的敏感区基本上是元件本身的尺寸,面积大。若用这种霍尔元件来对磁力线发散的小磁体、磁体边角部分或多极充磁的表磁进行测量。仅能反映出通过该元件表面的磁感应强度的平均值。此值必定小于该区域的最大值。如果改用敏感区小的霍尔元件,如砷化镓霍尔元件,其敏感区的有效面积约为0.1×0.1~0.2×0.2㎜2远远小于体形元件的面积。这种元件就更能反映出表面磁场的场分布,所测到的最大值也更接近该区域的最大磁感应强度实际值。

由前面的分析可以看出,表面磁场的实际值(即真实值)用霍尔效应法是根本不可能测到的。也就是说不可能找到、建立一种统一的、共同的表面磁场的量值标准。只能去谋求测出更加接近表面磁场实际值的方法。


 


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