310霍爾法測(cè)量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)-資料下載頁(yè)
2025-06-22 16:23本頁(yè)面
【正文】 使霍爾傳感器位于需要測(cè)量的位置，測(cè)出霍爾電壓，即可求得磁感應(yīng)強(qiáng)度B。【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】?jī)x器使用前應(yīng)預(yù)熱10~15分鐘，并避免周圍有強(qiáng)磁場(chǎng)源或磁性物質(zhì)?！? 儀器使用時(shí)要正確接線，注意不要扯拉霍爾傳感器的引出線！以防損壞。儀器采用三維移動(dòng)設(shè)計(jì)，可移動(dòng)的部件很多，一定要細(xì)心合理使用，不可用力過(guò)大，以防影響使用壽命；銅管的機(jī)械強(qiáng)度有限！切不可受外力沖擊，以防變形，影響使用?；魻栯妱?shì)VH測(cè)量的條件是霍爾元件平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直，此時(shí)VH＝ISBcos=IS即VH取得最大值，儀器在組裝時(shí)已調(diào)整好角度。為防止搬運(yùn)，使用中發(fā)生的位移，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查霍爾元件傳感器是否與圓線圈（1）垂直，如果不垂直，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)將亥姆霍茲線圈的距離設(shè)為R，即100mm處，銅管位置至R處；否則會(huì)造成錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。注意：距離軸線較遠(yuǎn)及亥姆霍茲線圈外側(cè)位置，由于霍爾元件與B并不完全垂直，存在角度偏差，所以會(huì)引入測(cè)量誤差。［實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差及其消除］測(cè)量霍爾電勢(shì)VH時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些副效應(yīng)，由此而產(chǎn)生的附加電勢(shì)疊加在霍爾電勢(shì)上，形成測(cè)量系統(tǒng)誤差，這些副效應(yīng)有：（1）不等位電勢(shì)V0由于制作時(shí)，兩個(gè)霍爾電勢(shì)既不可能絕對(duì)對(duì)稱的焊在霍爾片兩側(cè)（圖664a）、霍爾片電阻率不均勻、控制電流極的端面接觸不良（圖664b）都可能造成A、B兩極不處在同一等位面上，此時(shí)雖未加磁場(chǎng)，但A、B間存在電勢(shì)差V0，此稱不等位電勢(shì)，V0＝IsV，V是兩等位面間的電阻，由此可見，在V確定的情況下，V0與Is的大小成正比，且其正負(fù)隨Is的方向而改變。 圖664(a) 圖664(b)（2）愛廷豪森效應(yīng)當(dāng)元件X方向通以工作電流Is，Z方向加磁場(chǎng)B時(shí)，由于霍爾片內(nèi)的載流子速度服從統(tǒng)計(jì)分布，有快有慢。在到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下慢速快速的載流子將在洛侖茲力和霍耳電場(chǎng)的共同作用下，沿y軸分別向相反的兩側(cè)偏轉(zhuǎn)，這些載流子的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為熱能，使兩側(cè)的溫升不同，因而造成y方向上的兩側(cè)的溫差（TA－TB）。因?yàn)榛魻栯姌O和元件兩者材料不同，電極和元件之間形成溫差電偶，這一溫差在A、B間產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)VE，VE∝IB。這一效應(yīng)稱愛廷豪森效應(yīng)，VE的大小與正負(fù)符號(hào)與I、B的大小和方向有關(guān)，跟VH與I、B的關(guān)系相同，所以不能在測(cè)量中消除。（3）倫斯脫效應(yīng)圖665 正電子運(yùn)動(dòng)平均速度（ 圖中V’ V”）由于控制電流的兩個(gè)電極與霍爾元件的接觸電阻不同，控制電流在兩電極處將產(chǎn)生不同的焦耳熱，引起兩電極間的溫差電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)又產(chǎn)生溫差電流（稱為熱電流）Q，熱電流在磁場(chǎng)作用下將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在y方向上產(chǎn)生附加的電勢(shì)差VH，且VH∝QB這一效應(yīng)稱為倫斯脫效應(yīng)，由上式可知VH的符號(hào)只與B的方向有關(guān)。（4）里紀(jì)－杜勒克效應(yīng)如前節(jié)（3）所述霍爾元件在x方向有溫度梯度的dT/dX，引起載流子沿梯度方向擴(kuò)散而有熱電流Q通過(guò)元件，在此過(guò)程中載流子受Z方向的磁場(chǎng)B作用下，在y方向引起類似愛廷豪森效應(yīng)的溫差TA－TB，由此產(chǎn)生的電勢(shì)差VH∝QB，其符號(hào)與B的方向有關(guān)，與Is的方向無(wú)關(guān)。為了減少和消除以上效應(yīng)的附加電勢(shì)差，利用這些附加電勢(shì)差與霍爾元件工作電流Is，磁場(chǎng)B（即相應(yīng)的勵(lì)磁電流IM）的關(guān)系，采用對(duì)稱（交換）測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)＋I(xiàn)S，＋I(xiàn)M時(shí) VAB1 ＝＋VH＋V0＋VE＋VN＋VR當(dāng)＋I(xiàn)S，－IM時(shí) V AB2 ＝－VH＋V0－VE＋VN＋VR當(dāng)－IS，－IM時(shí) V AB3 ＝＋VH－V0＋VE－VN－VR當(dāng)－IS，＋I(xiàn)M時(shí) V AB4 ＝－VH－V0－VE－VN－VR對(duì)以上四式作如下運(yùn)算則得：（VAB1－VAB2+V AB3－V AB4）＝VH＋VE可見，除愛廷豪森效應(yīng)以外的其他副效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)差會(huì)全部消除，因愛廷豪森效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差VE的符號(hào)和霍爾電勢(shì)VH的符號(hào)，與IS及B的方向關(guān)系相同，故無(wú)法消除，但在非大電流、非強(qiáng)磁場(chǎng)下，VHVE，因而VE可以忽略不計(jì)，由此可得：VH≈VH＋VE＝
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