(确定霍尔电压与磁感应强度的关系) - 华中农业大学.ppt

用霍尔效应测螺线管轴向磁场分布 华中农业大学理学院应用物理系 物理实验教学中心 基于霍尔效应的霍尔元件可用于测量磁感应强度和电流，在测量技术、自动控制、磁流体发电等科学技术的许多领域中具有广泛应用. 前言 实验任务 ——利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布. 完成这一实验任务，必须做以下工作： 仪器调节(将仪器调节到标准工作状态). 仪器标定(确定霍尔电压与磁感应强度的关系). 测量通电螺线管内轴线上磁感应强度的分布. 关键提示 本实验关键点如下： 1.接线 2.调标准工作状态 3.定标：固定位置、改变励磁电流 4.测量：固定励磁电流、改变位置 请按以上关键点阅读以下材料。 实验原理 现象 —— 霍尔效应 载流导体薄板处在方向垂直于电流的磁场中时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差 —— 霍尔电压VH. 理论分析 磁场中运动载流子受洛伦兹力作用 电荷聚集形成电场 电场力与洛伦兹力达到平衡，形成稳定电压VH mA - B mV 又考虑到(n为载流子浓度) 实验原理 即： KH=1/(ned)称为霍尔元件的灵敏度. IS为流过霍尔元件的电流，即其工作电流. —— 确定VH和IS即可求得磁感应强度的量值. 实验装置 FD-ICH-II型螺线管磁场测定仪 包括集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源、直流稳压电源、数字电压表、双刀和单刀换向开关及导线若干. 实验装置 本实验仪采用SS95A型集成霍尔传感器，内部结构如图： 在零磁场条件下，调节V+、V-所接的电源电压，使输出电压为2.500V时，传感器工作电流即为标准工作电流. V为霍尔传感器输出电压 标准工作电流下磁场与霍尔元件输出电压的关系为： 测量时霍尔传感器必须处于标准工作电流下. V+和V-构成电流输入端 Vout和V-构成电压输出端 V’是用2.500V外接电压补偿后的输出值. 实验内容：仪器调节 一. 需连接以下电路: 连接给螺线管提供励磁电流的电路. 连接给霍尔元件提供工作电流(IS)的电路. 连接输出霍尔电压的电路. 连接外接补偿电压(2.500V)的电路. 详见下页图示. 实验内容：仪器调节 为螺线管提供励磁电流(流过螺线管的电流)，产生磁场. V+和V- :给霍尔元件提供工作电流 Vout和V- :输出霍尔电压 外接2.500V补偿电压 注意：V+、V-不能接反，否则将损坏元件. 调节外接2.500V补偿电压 调节霍尔元件工作电流 双刀换向开关K2用于改变励磁电流的方向. 显示励磁电流大小 调节励磁电流 集成霍尔元件 霍尔元件位置读数 显示霍尔元件输出电压. 量程切换 实验内容：仪器调节 二. 将霍尔元件的工作电流调节为标准工作电流 将开关K1指向位置1，调节4.8V—5.2V电源输出电压，使数字电压表显示的“Vout” 和“V-”间的电压为2.500V，此时集成霍尔元件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件的电流为标准工作电流，且剩余电压恰好补偿，V0=0V. 断开开关K2，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下. K2仍断开，保持V+和V-电压不变，把开关K1指向2，调节2.4V—2.6V的外接补偿电压，使数字电压表在mV档的示值为0，即用一个外接2.500V电位差对传感器输出的2.500V电位差进行补偿，以便可直接读出V’ . 三. 对传感器输出的2.500V电位差进行补偿 实验内容：仪器调节 霍尔元件置于螺线管中央，改变励磁电流IM (0-500mA) ，测量V’-IM 关系(测10组数据). 注意区分IS 与IM 螺线管中央处磁感应强度与励磁电流的关系: 霍尔元件的灵敏度K=KHIS为: 绘制V’-IM关系曲线，计算斜率 . 实验内容：灵敏度的测定 方法：霍尔元件位置固定(置于螺线管的中央)，改变励磁电流. 目的：确定霍尔电压与磁感应强度的关系. 霍尔电压与磁感应强度的关系: 注意：两端的磁场变化快而中间变化慢，测量点在两边应比中间取得密一些 用测得的轴线上各点的磁感应强度，绘制螺线管轴线上磁场的分布曲线. 励磁电流为0时，霍尔电压总为0吗？ IM=0时，由于地磁场的存在，VH不一定为0，怎样消除地磁场的影响？ 每个点IM正、反向各测一次，取二者绝对值的平均值作为该点的数据，即可消除地磁场的影响. 实验内容：螺线管轴线磁场分布的测量 方法：保持励磁电流不变(250mA)，改变霍尔元件位置(0~30.0cm) ，测量螺线管轴线上各点的霍尔电压，并利用上面已测定的灵敏度计算各点的磁感应强度. 实验数据例——灵敏度的测定 Im/mA 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 U/mV 0 22.2 44.1 66.1 88.1 110.1 132.0 154.1 176.0 198.0 22