《用霍尔元件测螺线管轴线磁场分布》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用霍尔元件测螺线管轴线磁场分布（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、用霍尔效应测螺线管轴向磁场分布,华中农业大学理学院应用物理系 物理实验教学中心,基于霍尔效应的霍尔元件可用于测量磁感应强度和电流，在测量技术、自动控制、磁流体发电等科学技术的许多领域中具有广泛应用.,前言,实验任务,利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布.,完成这一实验任务，必须做以下工作：,仪器调节(将仪器调节到标准工作状态).,仪器标定(确定霍尔电压与磁感应强度的关系).,测量通电螺线管内轴线上磁感应强度的分布.,关键提示,本实验关键点如下： 1.接线 2.调标准工作状态 3.定标：固定位置、改变励磁电流 4.测量：固定励磁电流、改变位置请按以上关键点阅读以下材料。,实验原理,现象
2、 霍尔效应,载流导体薄板处在方向垂直于电流的磁场中时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差 霍尔电压VH.,理论分析,磁场中运动载流子受洛伦兹力作用,电荷聚集形成电场,电场力与洛伦兹力达到平衡，形成稳定电压VH,又考虑到(n为载流子浓度),实验原理,即：,KH=1/(ned)称为霍尔元件的灵敏度.,IS为流过霍尔元件的电流，即其工作电流., 确定VH和IS即可求得磁感应强度的量值.,实验装置,FD-ICH-II型螺线管磁场测定仪,包括集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源、直流稳压电源、数字电压表、双刀和单刀换向开关及导线若干.,实验装置,本实验仪采用SS95A型集成霍尔传感器，内部结构如
3、图：,在零磁场条件下，调节V+、V-所接的电源电压，使输出电压为2.500V时，传感器工作电流即为标准工作电流.,V为霍尔传感器输出电压,标准工作电流下磁场与霍尔元件输出电压的关系为：,测量时霍尔传感器必须处于标准工作电流下.,V+和V-构成电流输入端,Vout和V-构成电压输出端,V是用2.500V外接电压补偿后的输出值.,实验内容：仪器调节,一. 需连接以下电路:,连接给螺线管提供励磁电流的电路.,连接给霍尔元件提供工作电流(IS)的电路.,连接输出霍尔电压的电路.,连接外接补偿电压(2.500V)的电路.,详见下页图示.,实验内容：仪器调节,V+和V- :给霍尔元件提供工作电流,Vout
4、和V- :输出霍尔电压,外接2.500V补偿电压,注意：V+、V-不能接反，否则将损坏元件.,调节外接2.500V补偿电压,调节霍尔元件工作电流,双刀换向开关K2用于改变励磁电流的方向.,显示励磁电流大小,调节励磁电流,集成霍尔元件,霍尔元件位置读数,显示霍尔元件输出电压.,量程切换,实验内容：仪器调节,二. 将霍尔元件的工作电流调节为标准工作电流,将开关K1指向位置1，调节4.8V5.2V电源输出电压，使数字电压表显示的“Vout” 和“V-”间的电压为2.500V，此时集成霍尔元件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件的电流为标准工作电流，且剩余电压恰好补偿，V0=0V.,断开开关K2，使集成
5、霍耳传感器处于零磁场条件下.,K2仍断开，保持V+和V-电压不变，把开关K1指向2，调节2.4V2.6V的外接补偿电压，使数字电压表在mV档的示值为0，即用一个外接2.500V电位差对传感器输出的2.500V电位差进行补偿，以便可直接读出V .,三. 对传感器输出的2.500V电位差进行补偿,实验内容：仪器调节,霍尔元件置于螺线管中央，改变励磁电流IM (0-500mA) ，测量V-IM 关系(测10组数据).,注意区分IS 与IM,螺线管中央处磁感应强度与励磁电流的关系:,霍尔元件的灵敏度K=KHIS为:,绘制V-IM关系曲线，计算斜率 .,实验内容：灵敏度的测定,方法：霍尔元件位置固定(置
6、于螺线管的中央)，改变励磁电流.,目的：确定霍尔电压与磁感应强度的关系.,霍尔电压与磁感应强度的关系:,注意：两端的磁场变化快而中间变化慢，测量点在两边应比中间取得密一些,用测得的轴线上各点的磁感应强度，绘制螺线管轴线上磁场的分布曲线.,励磁电流为0时，霍尔电压总为0吗？,IM=0时，由于地磁场的存在，VH不一定为0，怎样消除地磁场的影响？,每个点IM正、反向各测一次，取二者绝对值的平均值作为该点的数据，即可消除地磁场的影响.,实验内容：螺线管轴线磁场分布的测量,方法：保持励磁电流不变(250mA)，改变霍尔元件位置(030.0cm) ，测量螺线管轴线上各点的霍尔电压，并利用上面已测定的灵敏度
7、计算各点的磁感应强度.,实验数据例灵敏度的测定,表1 测量霍尔电压(已放大)与励磁电流IM的关系(霍尔传感器处于螺线管中央位置，即X=17.0cm处),霍尔电压与励磁电流的关系曲线：,实验数据例螺线管内轴线磁场分布的测定,(表2：螺线管内磁感应强度B与位置X的关系),实验数据例螺线管内轴线磁场分布的测定,(续表2),实验数据例螺线管内轴线磁场分布的测定,(续表2),螺线管内轴线上磁感应强度分布曲线,实验数据例螺线管内轴线磁场分布的测定,实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起高电压.,实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋钮，使其恢复到起始位置(最小的位置).,注意事项,仪器应预热10分钟后测量数据.,
