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霍尔效应法测量磁场时需要测哪些物理量
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1需要测量霍尔电压,电压间的距离,运动电荷速率.2.电压表选高内阻的,霍尔件等效内阻也要小,方可.
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霍尔效应传感器介绍
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霍尔效应传感器也称霍尔传感器，是一个，将变化的转化为输出的变化。霍尔传感器首先是用来测磁场的，此外还可以被用来测量产生和影响磁场的物理量，例如，被用于接近开关，霍尔乘法器，位置测量，转速测量，和电流测量设备。
其最简单的形式是，传感器作为一个，直接返回一个电压。 在已知磁场下，其距霍尔盘的距离是可以被设定的。使用多组传感器，磁铁的相关位置可被推断出。
通过导体的会产生一个随电流变化的磁场，并且霍尔效应传感器可以在不干扰电流情况下而测量电流。典型的为，将其和绕组磁芯或在被测导体旁的永磁体合成一体。
通常，霍尔效应传感器和电路相连，从而允许设备以数字（开／关）模式操作，在这种情况下可以被称为。工业中常见的设备，例如，也被用于日常设备中；如一些使用他们来监测缺纸和敞盖的情况。当被要求高可靠性时，也被应用于键盘中。
一个轮上的两个磁铁经过霍尔效应传感器
霍尔效应传感器通常被用于计量车轮和轴的速度，例如在（正时）或上。其在的使用，用来检测永磁铁的位置。图示中的轮子，带有两个等距的磁铁，传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值。此设置通常被用来校准驱动的速率。
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用霍尔元件可以测量哪些物理量
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霍尔元件的应用有：检测磁场磁感应强度,物体运动速度,调节工作磁场,检测铁磁物体,检测工件缺口,直流无刷电机.
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霍尔效应开关和仪器级传感器在工业应用中正变得越来越普及，如今产品和制造工艺设计师可以选用高度集成的各种霍尔效应器件。虽然在需要哪些规范以及磁场测量方面总的来说仍有许多困惑，但这些器件已被证明应用起来相当简便。在使用数量上只有温度传感器略胜一筹，但霍尔效应传感器亦已被用于国内和商业应用中种类广泛的设备，包括DVD、CD、内存驱动器、自动玩具、手机、汽车罗盘以及汽车点火系统。你还可以在线性、工业旋转设备、位置检测器以及军事/航空设备中见到它们的身影。制造和测试工程师使用各种类型的分立霍尔效应传感器与仪器提供产品信息并监视制造工艺步骤。虽然在测量功能上与其它类型的传感与仪器可能有些重叠，但对于某些类型的测量来说霍尔效应传感器明显是最佳选择，甚至有些情况下没有其它类型的测试设备能够提供所需的数据，其中就包括对直流电流值、旋转位置、间隙、表面或泄漏磁场值的测量。霍尔效应传感器历史部分提供了有关这些传感器的一些背景知识。霍尔效应传感器的工作原理当以一定角度穿过一片材料的磁场影响到在此材料中流动的电流时就会产生霍尔电压。霍尔片通常是一片矩形的半导体材料，作为有源元件或“有源区域”产生霍尔电压(图1)。霍尔片有给定的长度l、宽度w和厚度t。图1：可以用直流磁场产生和测量霍尔电压。测量霍尔电压对于与霍尔片正交的磁通量矢量来说，最大霍尔电压VH就是霍尔片磁场灵敏度γB 与磁场通量密度B的乘积，即：VH = γBB这是在霍尔片上可以测得的最大霍尔电压。当霍尔片表面与磁通量矢量不是正交而是呈一个角度θ时，霍尔电压VH等于：VH = γBB × sinθ电流I流经长度为l的霍尔片。电流是在触点Ic(+)和Ic(-)之间流动的。磁场处于z方向，也就是说正交于霍尔片平面。由磁场施加的力被称为洛伦兹力，它迫使电荷载体(空穴或电子)沿着图示线条曲线向霍尔片边缘移动。这个力是载流子速度和磁场强度的一个系数。最终在宽度为w的材料的触点VH(+)和VH(-)之间测到的霍尔电压正比于磁场的通量密度。仪器配置霍尔效应传感器的支持设备包括用于提供电流Ic的电流源和用于测试触点VH(+)和VH(-)之间霍尔电压的电压表。有些方案还采用负载电阻RL用于电压测量，如图2所示。许多类型的霍尔效应仪器提供这种支持电路的某个部分作为测量系统的有机组成部分。来自触点VH(+)和VH(-)的电压引线可以直接连接到高阻电压表进行读数，或连接到其它电路进行放大、调整和处理。(使用交流源和锁相放大器的更复杂系统也可以用，但不在本文讨论范围内)图2：仪器中使用的霍尔发生器的典型配置。应用在工业环境中，霍尔效应器件一般服务于以下两种主要应用之一：● 测量磁场强度● 检测移动物体的接近、位置和旋转参数
该文章仅供学习参考使用，版权归作者所有。
因本网站内容较多，未能及时联系上的作者，请按本网站显示的方式与我们联系。C．将实验得到的螺线管轴向磁感应强度B值与计算得到的理论B值进行比较，求出相对误差（需考虑温度对VH值的影响），并写出计算理论值B与实验值B时所需要的公式。如果误差太大有可能是实验仪器中所提供的霍尔元件灵敏度KH值有较大误差所致，可根据理论值对KH值进行简单修正。 表3
IS=8.00mA，IM=0.800A V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) VH B(KGS) X1 X2 X (cm) (cm) (cm) +Is、+B +Is、-B -Is、-B -Is、+B (mV) 实验值 理论值 相对误差 0.0 0.0
注：① 测绘B―X曲线时，螺线管两端口附近磁强变化大，应多测几点。
② 霍尔元件灵敏度KH值和螺线管单位长度线圈匝数N均标在实验仪上。 四、预习思考题 1．在什么样的条件下会产生霍尔电压，它的方向与哪些因素有关？ 2．实验中在产生霍尔效应的同时，还会产生那些副效应，它们与磁感应强度B和电流Is有什么关系，如何消除副效应的影响？ 3．采用霍尔元件来测量磁场时具体要测量哪些物理量？ 4．用霍尔元件测磁场时，如果磁场方向与霍尔元件片的法线不一致，对测量结果有什么影响？如何用实验方法判断B与元件法线是否一致？ 5．能否用霍尔元件测量交变磁场？
录 实验中霍尔元件的副效应及其消除方法 （1）不等势电压降Vo 如图（5）所示，由于元件的测量霍尔电压的A、A′两电极不可能绝对对称地焊在霍尔片的两侧，位置不在一个理想的等势面上，因此，即使不加磁场，只要有电流Is通过，就有电压Vo＝Is r产生，其中r为A、A′所在的两个等势面之间的电阻，结果在测量VH时，就叠加了Vo，使得VH值偏大，（当Vo与VH同号）或偏小（当Vo与VH异号）。由于目前生产工艺水平较高，不等势电压很小，像本实验用的霍尔元件试样N型半导体硅单晶切薄片只有几百微伏左右，故一般可以忽略不计，也可以用一支电位器加以平衡。在本实验中，VH的符号取决于Is和B两者的方向，而Vo只与Is的方向有关，而与磁感应强度B的方向无关，因此Vo可以通过改变Is的方向予以消除。
（2）热电效应引起的附加电压VE 如图（6）所示，由于实际上载流子迁移速率 V 服从统计分布规律，构成电流的载流子速度不同，若速度为v的载流子所受的洛仑兹力与霍尔电场的作用力刚好抵消，则速度小于v的载流子受到的洛仑磁力小于霍尔电场的作用力，将向霍尔电场作用力方向偏转，速度大于v的载流子受到的洛仑磁力大于霍尔电场的作用力，将向洛仑磁力力方向偏转。这样使得一侧高速载流子较多，相当于温度较高，另一侧低速载流子较多，相当于温度较低，从而在Y方向引起温差TA－TA′，由此产生的热电效应，在A、A′电极上引入附加温差VE，这种现象称为爱延好森效应。这种效应的建立需要一定的时间，如果采用直流电则由于爱延好森效应的存在而给霍尔电压的测量带来误差，如果采用交流电，则由于交流变化快使得爱延好森效应来不及建立，可以减小测量误差，因此在实际应用霍尔元件片 时，一般都采用交流电。由于VE∝IsB，其符号与Is和B的方向的关系跟VH是相同的，因此不能用改变Is和B方向的方法予以消除，但其引入的误差很小，可以忽略。
(3) 热磁效应直接引起的附加电压VN
如图（7）所示因器件两端电流引线的接触电阻不等，通 图 （5）
电后在接点两处将产生不同的焦尔热，导致在X方向有温度梯度，引起载流子沿梯度方向扩散而产生热扩散电流，热流Q在z方向磁场作用下，类似于霍尔效应在Y方向上产生一附加电场εN，相应的电压VN ∝ Q B，而VN的符号只与B的方向有关，与Is的方
向无关，因此可通过改变B的方向予以消除。
（4）热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL
如图（8）所示，（3）中所述的X方向热扩散电流，因载流子的速度统计分布，在Z的方向的磁场B作用下，和（2）中所述的同一道理将在Y方向产生温度梯度TA－TA′，由此引入的附加电压VRL ∝Q B，VRL的符号只与B的方向有关，亦能消除。
综上所述，实验中测得的A 、A′之间的电压除VH 外还包含VO 、VN、VRL 图 （8）
和VE各电压的代数和，其中VO、VN和VRH均通过Is和B换向对称测量法予以消除。具体方法是在规定了电流和磁场正、反方向后，分别测量由下列四组不同方向的IS和B的组合的A、A′之间的电压。
7 设Is和B的方向均为正向时，测得A、A′之间电压记为V1，即 当+IS、+B时
V1 = VH +VO +VN +VRL +VE 将B换向，而IS的方向不变，测得的电压记为V2，此时VH、VN、VRL、VE均改号而VO符号不变，即 当+IS、-B时
V2 =-VH +VO -VN -VRL -VE 同理，按照上述分析 当-IS、-B时
V3 =VH -VO -VN -VRL +VE 当-IS、+B时
V4 =-VH -VO +VN +VRL -VE 求以上四组数据V1、V2、V3和V4的代数平均值，可得
VH?VE?V1?V2?V3?V44
由于VE符号与IS和B两者方向关系和VH是相同的，故无法消除，但在非大电流，非强磁场下，VH＞＞
VE，因此VE可略而不计，所以霍尔电压为
VH?V1?V2?V3?V44
TH-S型螺线管磁场测定实验组合仪 使用说明书 一、实验装置简介 TH-S型螺线管磁场测定实验组合仪全套设备由实验仪和测试仪两大部分组成。
1．长直螺线管
长度L＝28cm，单位长度的线圈匝数N（匝/米）和霍尔元件灵敏度KH均标注在实验仪上。
2．霍尔元件和调节机构
霍尔元件如图（1）所示，它有两对电极，A、A′电极用来测量霍尔电压VH，D、D′电极为工作电流电极，两对电极用四线扁平线经探杆引出，分别接到实验仪的IS换向开关和VH输出开关处。 霍尔元件的灵敏度KH与载流子浓度n成反比，因半导体材料的载流子浓度n随温度变化而变化，故KH与温度有关。实验仪上给出了该霍尔元件在15℃时的KH 值。 实验仪如图（2）所示，探杆固定在二维（X、Y方向）调节支架上。其中Y方向调节支架通过旋钮Y调节探杆中心轴线与螺线管内孔轴线位置，应使之重合。X方向调节支架通过旋钮X1、X2调节探杆的轴向位置。二维支架上设有X1、X2及Y测距尺，用来指示探杆的轴向及纵向位置。
样品示意图
当前利用二维调节机构的同类产品中，只能测试螺线管半边轴向磁场分布曲线，无法满足实验要求。为此，本实验仪专门设置了X1、X2两个互补的轴向调节支架，实现了从螺线管一端到另一端的整个轴向磁场分布曲线的测试，且调节平衡，可靠，读数准确。同时也克服了当前另一些同类产品如探杆直接推拉法，滑轮拉线法等结构粗糙、读数不准，易出故障的缺点。
仪器出厂前探杆中心轴线与螺线管内孔轴线已按要求进行了调整，因此，实验中，Y旋钮无需调节。
8 如操作者想使霍尔探头从螺线管的右端移至左端，为调节顺手，应先调节X1旋钮，使调节支架X1的测距尺读数X1从0.0→14.0 cm，再调节X2旋钮，使调节支架X2测距尺读图（2）
实验仪示意图
数X2从0.0→14.0 cm，反之，要使探头从螺线管左端移至右端，应先调节X2，读数从14.0 cm→0.0，再调节X1，读数从14.0 cm→0.0。
霍尔探头位于螺线管的右端，中心及左端，测距尺指示为：
置 测距尺读数 （cm） X1 X2 右 端 0 0 中 心 14 0 左 端 14 14
3．工作电流IS及励磁电流IM换向开关；霍尔电压VH输出开关。三组开关与对应的霍尔器件及螺线管线包间连线出厂前均已接好。
B、 测试仪（如图（3）所示）
1．“IS输出”
霍尔器件工作电流源，输出电流0～10mA，通过IS调节旋钮连续调节。
2．“IM输出”
螺线管励磁电流源，输出电流0～1A。通过IM调节旋钮连续调节。 上述两组恒流源读数可通过“测量选择”按键共用一只3 1/2位LED数字电流表显示，按键测IM，放键测IS。
3．直流数字电压表
图（3） 测试仪面板图 1位数字直流毫伏表，供测量霍尔电压用。电压表零位可通过面板左下方调零电位器旋钮进行校正。 29 二、技术指标
1．励磁恒流源IM
0～1A，连续可调，调节精度可达1mA。
最大输出负载电压
电流稳定度
优于103（交流输入电压变化±10％）。 －
电流温度系数
＜103℃。 －
负载稳定度
(负载由额定值变为零）。 －
2．样品工作恒流源IS 1位发光管数字显示，精度不低于0.5％。 2
0～10mA，连续可调，调节精度可在10μA。
最大输出负载电压
电流稳定度
优于103（交流输入电压变化±10％）。 －
电流温度系数
＜103℃。 －
负载稳定度
优于103（负载由额定值变为零）。 －
3．直流数字毫伏表
测量范围±20mV。
31位发光管数字显示，精度不低于0.5％。 21位发光管数字显示，精度不低于0.5％。 2
注：IS和IM两组恒流源也可用于需要直流恒流供电的其他场合，用户只要将“VH”短接，可按需要选取一组或两组恒流源使用均可。 三、使用说明
1．测试仪的供电电源为 ～220V，50Hz。电源进线为单相三线。
2．电源插座和电源开关均安装在机箱背面，保险丝为0.5A，置于电源插座内。
3．霍尔器件各电极及线包引线与对应的双刀开关之间连线出厂前均已接好。
4．测试仪面板上的“IS输出”、“IM输出”和“VH输入”三对接线柱应分别与实验仪上的三对相应的接线柱正确连接。
5．仪器开机前应将IS、IM调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然后再开机。
6．调节实验仪上X1及X2旋钮，使测距尺X1及X2读数均为零，此时霍尔探头位于螺线管右端。实验时，如要使探头移至左端应先调节X1旋钮，使X1由0→14cm，再调节X2旋钮，使X2由0→14cm，如要使探头右移，应先调节X2，再调节X1。
注意：严禁鲁莽操作，以免损坏设备。
7．仪器接通电源后，预热数分钟即可进行实验。
8．“IS调节”和“IM调节”分别用来控制样品工作电流IS和励磁电流IM的大小。其电流随旋钮顺时针方向转动而增加，细心操作，调节的精度分别可达10μA和lmA。IS和IM读数可通过“测量选择”按键来实现。按键测IM，放键测IS。
9．关机前，应将“IS调节”和“IM调节”旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然后切断电源。 四、仪器检验步骤
1．霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，实验中调节探头轴向位置时，要缓慢、细心转动有关旋钮，探头不得 10 调出螺线管外面，严禁用手或其它物件去触摸探头，以防损坏霍尔器件。
2．测试仪的“IS调节”和“IM调节”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。
3．测试仪的“IS输出”接实验仪的“IS输入”“IM输出”接“IM输入”，并将IS及IM换向开关掷向任一侧。
注意：决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH输出”处，否则，一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
4．实验仪的“VH输出”接测试仪的“VH输入”，“VH输出”开关应始终保持闭合状态。
5．调节X1及X2旋钮，使霍尔器件离螺线管端口约10cm位置处。
6．接通电源，预热数分钟后，电流表显示“.000”（当按下“测量选择”键时）或“0.00”（放开“测量选择”键时）［注］，电压表显示为“0.00”（若不为零，可通过面板左下方小孔内的电位器来调整）。
7．置“测量选择”于“IS”档（放键），电流表所示的IS值即随“IS调节”旋钮顺时针转动而增大，其变化范围为0～10mA，此时电压表所示VH读数为“不等势”电压值，它随IS增大而增大，IS换向，VH极性改号（此乃副效应所致，可通过“对称测量法”予以消除），说明“IS输出”和“IS输入”正常。
8．取IS=2mA。置“测量选择”于IM档（按键），顺时针转动“IM调节”旋钮，查看IM变化范围应为0～1A。此时VH值亦随IM增大而增大，当IM换向时，VH亦改号（其绝对值随IM流向不同而异，此乃副效应所致，可通过“对称测量法”予以消除），说明“IM输出”和“IM输入”正常。
9．调节X1及X2旋钮，使霍尔探头从螺线管一端移至另一端，观察电压表所示VH值应随探杆的轴向移动而有所变化，且接近螺线管端口处VH值将急剧下降。至此，说明仪器全部正常。
10．本仪器数码显示稳定可靠，但若电源线不接地则可能出现数字跳动现象。
“VH输入”开路或输入电压＞19.99mV，则电压表出现溢出现象。
注：有时，IS调节电位器或IM调节电位器起点不为零，将出现电流表指示末位数不为零，亦属正常。