1、用霍爾效應(yīng)測(cè)螺線(xiàn)管軸向磁場(chǎng)分布,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,基于霍爾效應(yīng)的霍爾元件可用于測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流，在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制、磁流體發(fā)電等科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用.,前言,實(shí)驗(yàn)任務(wù),利用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)上磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布.,完成這一實(shí)驗(yàn)任務(wù)，必須做以下工作：,儀器調(diào)節(jié)(將儀器調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)).,儀器標(biāo)定(確定霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系).,測(cè)量通電螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)上磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布.,關(guān)鍵提示,本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)如下： 1.接線(xiàn) 2.調(diào)標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài) 3.定標(biāo)：固定位置、改變勵(lì)磁電流 4.測(cè)量：固定勵(lì)磁電流、改變位置 請(qǐng)按以上關(guān)鍵點(diǎn)閱讀以下材料。,實(shí)驗(yàn)原理,現(xiàn)

2、象 霍爾效應(yīng),載流導(dǎo)體薄板處在方向垂直于電流的磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生電勢(shì)差 霍爾電壓VH.,理論分析,磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)載流子受洛倫茲力作用,電荷聚集形成電場(chǎng),電場(chǎng)力與洛倫茲力達(dá)到平衡，形成穩(wěn)定電壓VH,又考慮到(n為載流子濃度),實(shí)驗(yàn)原理,即：,KH=1/(ned)稱(chēng)為霍爾元件的靈敏度.,IS為流過(guò)霍爾元件的電流，即其工作電流., 確定VH和IS即可求得磁感應(yīng)強(qiáng)度的量值.,實(shí)驗(yàn)裝置,FD-ICH-II型螺線(xiàn)管磁場(chǎng)測(cè)定儀,包括集成霍耳傳感器探測(cè)棒、螺線(xiàn)管、直流穩(wěn)壓電源、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、雙刀和單刀換向開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線(xiàn)若干.,實(shí)驗(yàn)裝置,本實(shí)驗(yàn)儀采用SS95A型集成霍爾傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3、如圖：,在零磁場(chǎng)條件下，調(diào)節(jié)V+、V-所接的電源電壓，使輸出電壓為2.500V時(shí)，傳感器工作電流即為標(biāo)準(zhǔn)工作電流.,V為霍爾傳感器輸出電壓,標(biāo)準(zhǔn)工作電流下磁場(chǎng)與霍爾元件輸出電壓的關(guān)系為：,測(cè)量時(shí)霍爾傳感器必須處于標(biāo)準(zhǔn)工作電流下.,V+和V-構(gòu)成電流輸入端,Vout和V-構(gòu)成電壓輸出端,V是用2.500V外接電壓補(bǔ)償后的輸出值.,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：儀器調(diào)節(jié),一. 需連接以下電路:,連接給螺線(xiàn)管提供勵(lì)磁電流的電路.,連接給霍爾元件提供工作電流(IS)的電路.,連接輸出霍爾電壓的電路.,連接外接補(bǔ)償電壓(2.500V)的電路.,詳見(jiàn)下頁(yè)圖示.,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：儀器調(diào)節(jié),V+和V- :給霍爾元件提供工作電流,Vou

4、t和V- :輸出霍爾電壓,外接2.500V補(bǔ)償電壓,注意：V+、V-不能接反，否則將損壞元件.,調(diào)節(jié)外接2.500V補(bǔ)償電壓,調(diào)節(jié)霍爾元件工作電流,雙刀換向開(kāi)關(guān)K2用于改變勵(lì)磁電流的方向.,顯示勵(lì)磁電流大小,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,集成霍爾元件,霍爾元件位置讀數(shù),顯示霍爾元件輸出電壓.,量程切換,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：儀器調(diào)節(jié),二. 將霍爾元件的工作電流調(diào)節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)工作電流,將開(kāi)關(guān)K1指向位置1，調(diào)節(jié)4.8V5.2V電源輸出電壓，使數(shù)字電壓表顯示的“Vout” 和“V-”間的電壓為2.500V，此時(shí)集成霍爾元件達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化工作狀態(tài)，即流過(guò)霍爾元件的電流為標(biāo)準(zhǔn)工作電流，且剩余電壓恰好補(bǔ)償，V0=0V.,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K2，使集

5、成霍耳傳感器處于零磁場(chǎng)條件下.,K2仍斷開(kāi)，保持V+和V-電壓不變，把開(kāi)關(guān)K1指向2，調(diào)節(jié)2.4V2.6V的外接補(bǔ)償電壓，使數(shù)字電壓表在mV檔的示值為0，即用一個(gè)外接2.500V電位差對(duì)傳感器輸出的2.500V電位差進(jìn)行補(bǔ)償，以便可直接讀出V .,三. 對(duì)傳感器輸出的2.500V電位差進(jìn)行補(bǔ)償,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：儀器調(diào)節(jié),霍爾元件置于螺線(xiàn)管中央，改變勵(lì)磁電流IM (0-500mA) ，測(cè)量V-IM 關(guān)系(測(cè)10組數(shù)據(jù)).,注意區(qū)分IS 與IM,螺線(xiàn)管中央處磁感應(yīng)強(qiáng)度與勵(lì)磁電流的關(guān)系:,霍爾元件的靈敏度K=KHIS為:,繪制V-IM關(guān)系曲線(xiàn)，計(jì)算斜率 .,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：靈敏度的測(cè)定,方法：霍爾元件位置固定(

6、置于螺線(xiàn)管的中央)，改變勵(lì)磁電流.,目的：確定霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系.,霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系:,注意：兩端的磁場(chǎng)變化快而中間變化慢，測(cè)量點(diǎn)在兩邊應(yīng)比中間取得密一些,用測(cè)得的軸線(xiàn)上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，繪制螺線(xiàn)管軸線(xiàn)上磁場(chǎng)的分布曲線(xiàn).,勵(lì)磁電流為0時(shí)，霍爾電壓總為0嗎？,IM=0時(shí)，由于地磁場(chǎng)的存在，VH不一定為0，怎樣消除地磁場(chǎng)的影響？,每個(gè)點(diǎn)IM正、反向各測(cè)一次，取二者絕對(duì)值的平均值作為該點(diǎn)的數(shù)據(jù)，即可消除地磁場(chǎng)的影響.,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：螺線(xiàn)管軸線(xiàn)磁場(chǎng)分布的測(cè)量,方法：保持勵(lì)磁電流不變(250mA)，改變霍爾元件位置(030.0cm) ，測(cè)量螺線(xiàn)管軸線(xiàn)上各點(diǎn)的霍爾電壓，并利用上面已測(cè)定的靈敏度計(jì)算各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例靈敏度的測(cè)定,表1測(cè)量霍爾電壓(已放大)與勵(lì)磁電流IM的關(guān)系 (霍爾傳感器處于螺線(xiàn)管中央位置，即X=17.0cm處),霍爾電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線(xiàn)：,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)磁場(chǎng)分布的測(cè)定,(表2：螺線(xiàn)管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與位置X的關(guān)系),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)磁場(chǎng)分布的測(cè)定,(續(xù)表2),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)磁場(chǎng)分布的測(cè)定,(續(xù)表2),螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布曲線(xiàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例螺線(xiàn)管內(nèi)軸線(xiàn)磁場(chǎng)分布的測(cè)定,實(shí)驗(yàn)完