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霍尔探头对高斯计测量的影响

2020/03/07 10:33
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【摘要】:
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。高斯计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。
  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。高斯计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。
  高斯计是检测磁体磁感应强度的专用仪器,是磁性测量领域中用途最为广泛的测量仪器之一。
  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(表面磁场测量)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%。
  造成测量差别的原因有两点:其一,不同霍尔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。当用不同的霍尔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,不可能为零距离。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。
  湖南省永逸科技有限公司设计了一种为测小型磁体(10㎜以下)表面磁场的专用探头。设计原则是:一、采用敏感区面积小的砷化镓元件;二、元件的封装位置尽量接近探头的表面;三、坚固耐用。易于找到最大值。如果与对方的测试数据比对时,数值偏高。用这种探头的一个样品,对φ14×3的磁片中间部位和φ2.6×6.6电机马达磁钢的表磁,同厚度为1.4㎜的常规探头和厚度为1.0㎜的超薄探头作了一次对比测试 (注:这几种探头在均匀磁场中的误差均<±1%) 测试情况见下表:
  这是一种实用的效果不错的为测小型磁体表面磁场的专用探头。
  霍尔探头湖南省永逸科技有限公司生产的高斯计的标准配件,可运用产品的磁场测量、直流磁场、辐射磁场、剩磁、地球磁场等等各类磁场的磁感应强度。另外可以搭配本公司研发的FE-2100H永磁材料自动测量装置FE-2100R系列多极磁环分布测量装置使用。
 
霍尔探头的应用:   
  永磁体的表面磁场测量:采用高斯计(特斯拉计)测量永磁产品表面磁场强度,主要是对永磁产品的质量及充磁后磁性能一致性的评估;通常测量中磁体表面中心点的磁场强度进行测量,通过对标准样品数据进行比较从而判断产品是否合格,同时也可以保证材料的一致性。
  气隙磁场的测量:采用高斯计(特斯拉计)测量气磁场的应用比较广泛,在科研、电子制造、机械等领域均有用到。应用比较典型的行业主要有电机和电声两大行业。
  余磁测量:如工件退磁后的退磁效果检测。
  漏磁测量:如喇叭漏磁测量。
  横向霍尔探头一般是矩形扁片形状的,测量磁场时,磁场的方向与扁片垂直。多数情况下被用来测量类似于磁体间距中的磁场。
  注意:所有的霍尔探头都是易碎的。传感器通常位于探头的顶端,不能弯曲、震动、刮擦、挤压。您可能会选择一个最薄的横向探头或最小直径的轴向探头,然而选择最结实的适合当前应用的总是最好的选择。也就是说横向的铜封探头比柔性探头更结实耐用,厚的探头比薄的探头耐用。而轴向霍尔探头当然是直径越大越耐用。