用霍爾效應(yīng)測量螺線管磁場

1、力線是平說明其內(nèi)度才顯著圖1律，通電20112401075陳史潔，化教 6班實驗八用霍爾效應(yīng)測量螺線管磁場用霍爾傳感器測量通電螺線管內(nèi)勵磁電流與輸出霍爾電壓之間關(guān)系，證明霍爾電勢差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強度成正比；用通電長直通電螺線管軸線上磁感應(yīng)強度的理論計算值作為標(biāo)準(zhǔn)值來校準(zhǔn)或測定霍爾傳感器的靈敏度，熟悉 霍爾傳感器的特性和應(yīng)用；用該霍爾傳感器測量通電螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強度與螺線管軸線位置刻度之間的關(guān)系，作 磁感應(yīng)強度與位置刻線的關(guān)系圖，學(xué)會用霍爾元件測量磁感應(yīng)強度的方法。一、實驗?zāi)康?了解霍爾效應(yīng)現(xiàn)象，掌握其測量磁場的原理。2 學(xué)會用霍爾效應(yīng)測量長直通電螺線管軸向磁場分布的方法。二、實驗原理圖1所

2、示的是長直螺線管的磁力線分布，有圖可知，其內(nèi)腔中部磁 行于軸線的直線系，漸近兩端口時，這些直線變?yōu)閺膬啥丝陔x散的曲線， 部的磁場在很大一個范圍內(nèi)是近似均勻的，僅在靠近兩端口處磁感應(yīng)強下降，呈現(xiàn)明顯的不均勻性。 根據(jù)電磁學(xué)畢奧一薩伐爾(Biot Savat)定長直螺線管線上中心點的磁感應(yīng)強度為：B中心D 2(1)理論計算可得，長直螺線管軸線上兩個端面上的磁感應(yīng)強度為內(nèi)腔中部磁感應(yīng)強度的1/2 :B端面1 1 -I N ImB中心'2 2.l2 - D 2(2)式中,I為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，真空中的磁導(dǎo)率卩0=4 n X 10-7(T m/A) , N為螺線管的總匝數(shù)，Im為螺線管的勵磁電流，

3、L為螺線管的長度，D為螺線管的平均直徑。附錄)， 效應(yīng)引 采用電 的結(jié)果 和磁場的A、附加電勢差的消除應(yīng)該說明，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時，因伴隨著多種副效應(yīng)(見 以致實驗測得的電壓并不等于真實的Vh值，而是包含著各種副起的附加電壓，因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機理可知， 流和磁場換向的對稱測量法，基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測量 中消除，具體的做法是Is和B(即Im)的大小不變，并在設(shè)定電流 的正、反方向后，依次測量由下列四組不同方向的Is和B組合A '兩點之間的電壓 V1、V2、V2、和V4，即+ ls+ BV1+ ls-BV2-ls-BV3-ls+BV4然后求上述四組數(shù)據(jù)V1、V2

4、、V3和V4絕對值的平均值，可得V1 V2 VJ 色通過對稱測量法求得的 Vh，雖然還存在個別無法消除的副效應(yīng)，但其引入的誤差甚小，可以略而不計。三、實驗儀器1. FB510型霍爾效應(yīng)實驗儀；2. FB510型霍爾效應(yīng)組合實驗儀（螺線管）。 技術(shù)性能：1螺線管線圈：匝數(shù)為 N=2550匝，長度L=260mm，平均直徑D=35mm ,5.霍爾傳感器：由 GaAs 制成，霍爾靈敏度：190230（mV/mA T）7三組換向開關(guān)：由繼電器和按鈕開關(guān)組成，位置由發(fā)光二極管指示。勵磁電流（mA）100200300400500螺線管線圈磁場強度（mT）1.222.443.674.886.11磁場線圈中心磁

5、場強度功耗 30 VA8實驗儀提供二組穩(wěn)壓恒流源勵磁電源：電壓 27V，電流值由三位半數(shù)字式電流表指示。螺線管線圈：lM =0 1000mA，連續(xù)可調(diào)。9.總電源：220 _10% , 50 Hz交流市電,四、實驗內(nèi)容和步驟1. 把FB510型霍爾效應(yīng)實驗儀與 FB510型霍爾效應(yīng)組合實驗儀（螺線管）正確連接。把勵磁電流接到螺線管Im輸入端。把測量探頭調(diào)節(jié)到螺線管軸線中心，即刻度尺讀數(shù)為13.0cm處，調(diào)節(jié)恒流源2,使Is=4.00mA，按下（Vh/Vs）（即測Vh）,依次調(diào)節(jié)勵磁電流為Im=0 ± 500mA，每次改變土 50mA,依此測量相應(yīng)的霍爾電壓，并通過作圖證明霍爾電勢差與

6、螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強度成正比。2. 放置測量探頭于螺線管軸線中心，即13.0cm刻度處，固定勵磁電流土 500mA，調(diào)節(jié)霍爾工作電流為：ls=0 ±4.00mA，每次改變土 0.50mA，測量對應(yīng)的霍爾電壓 Vh，通過作圖證明霍爾電勢差與霍爾電流成正比。3. 調(diào)節(jié)勵磁電流為 500mA，調(diào)節(jié)霍爾電流為 4.00mA，測量螺線管軸線上刻度為 X=0.0cm13.0cm，每次移動1cm,測各位置對應(yīng)的霍爾電勢差。（注意,根據(jù)儀器設(shè)計，這時候?qū)?yīng)的二維尺水平移動刻度讀數(shù)為：13.0cm處為螺線管軸線中心，0.0cm處為螺線管軸線的端面，找出霍爾電勢差為螺線管中央一半的數(shù)值的刻度位置。與理論值比

7、較，計算相對誤差。按給出的霍爾靈敏度作磁場分布BX圖。4. 用螺線管中心點磁感應(yīng)強度理論計算值，校準(zhǔn)或測定霍爾傳感器的靈敏度。 五，數(shù)據(jù)處理測繪VH/mv與Im實驗曲線數(shù)據(jù)記錄表（ls=4.00mA ）Im/mAV1/mV+B,+IsV2/mv-B,+IsV3/mv-B,-IsVmv +B,-lsv WI+ki+Mlw41001.04-0.880.90-1.020.962002.01-1.821.85-1.971.913002.96-2.782.80-2.932.874003.92-3.733.77-3.883.8255004.88-4.704.73-4.834.785Is=4 00mAls=

8、4.00mAIm(mA)繪測V“mV與Is/mA實驗曲線數(shù)據(jù)記錄表（lM=500mA）Is(mA)Vi/mV+B,+lsV2/mv-B,+IsV3/mv-B,-IsV4/mv+B,-lsV _悶+也|堆|+也|40.50.61-0.60.59-0.620.651.01.21-1.181.17-1.231.201.51.83-1.771.76-1.841.802.02.43-2.362.34-2.462.402.53.04-2.942.92-3.053.003.03.65-3.543.51-3.673.603.54.26-4.144.11-4.284.204.04.86-4.734.71-4.8

9、84.80Vh 6lm=500mA3.50.51.52.5繪測X(cm)與B (T)實驗曲線記錄表(霍爾靈敏度Kh=18872mv/mA T)X(cm)V1/mV+B,+lsV2/mv-B,+IsV3/mv-B,-lsVmv +B,-lsV川和如也|4B=V h/Kh I s(T)02.54.-2.412.40-2.562.480.00329i3.66-3.533.51-3.673.590.0047624.25-4.124.10-4.264.180.0055434.50-4.374.35-4.514.430.0058744.62-5.504.48-4.644.560.0060454.70-4.

10、574.56-4.714.630.0061364.75-4.634.62-4.774.690.0062174.79-4.654.65-4.814.730.0062784.81-4.674.67-4.814.740.0062894.83-4.704.68-4.834.760.00630104.83-4.714.71-4.844.770.00632114.84-4.714.71-4.854.780.00633124.85-4.724.72-4.864.790.00634134.85-4.714.71-4.854.790.00634lm=500mA, ls=4 00mAB/T0.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010系列1012345678910111213 X/cm4用螺線管中心點磁感應(yīng)強度理論計算值，校準(zhǔn)或測定霍爾傳感器的林敏度螺線管線圈匝數(shù) N=2550匝，長度 L=260mm，平均直徑 D=35mm,u=4 n *10-7(T m/A)則B中心-37=6.107*10霍爾電流 ls=± 40Ma,霍爾電壓=4.6mV，由 Vh=Kh*I sB 可得 Kh=188.72 mv/mA T相對誤差=K測-K標(biāo)/100% =0.382%【注意事項】1. 勵磁線圈不宜長時間通電，否則線圈發(fā)熱，會影響測量結(jié)果。2. 霍爾元件有一定的溫度系數(shù)，為了減