只需少数元件的磁场探头

2012-09-07 09:57:55来源: 21ic

  磁场计的流行名称是“高斯计”,市场上各种牌子和型号,其价格使许多业余爱好者和工程师无法承受。本设计实例把一种常见的 DMM(数字万用表)和单一半导体元件结合起来,以便测量磁通量密度和磁场强度。

  图1列出了测量设备,由探头、电池组、DMM 组成。探头的有源元件由线性霍尔效应传感器'); companyAdEvent.show(this,'companyAdDiv',[5,18])" onmouseout="companyAdEvent.out('companyAdDiv')">传感器构成。实际上任何线性霍尔效应传感器在这种应用中都好用,但这个探头版本使用 Allegro MicroSystems公司的A1323传感器,它产生与施加的磁场成比例的电压(参考文献1)。A1323依靠4.5V ~ 5.5V电源工作,它的静态输出电压(零磁场输出)取决于电源电压的50%。鉴于A1323的标称灵敏度是2.5毫伏/高斯,它对于4.5V电源电压提供的满刻度量程是1800高斯(4.5伏/2.5毫伏/高斯=1800高斯)。


  施加一个朝向传感器正面南侧的磁场,就会增加传感器的输出电压,它与垂直于传感器标有品牌一面施加的磁场成比例,而施加一个位于同一面北侧的磁场 就会导致输出电压的成比例下降。对于4.5V电源,传感器的2.25V静态输出电压能增加到4.5V(对 900 高斯正南方磁场)或降低到 0

V(对900高斯正北方磁场)。传感器能检测直流磁场的强度和极性,而它的交流磁场带宽则延伸到了30 kHz。


  探头的电路试验板版本包含一小块印制电路板,其长度足以适应操作者的手(图2)。传感器的引线连接到一段高质量的三导体屏蔽电缆和两个 10 nF 表面贴装解耦电容器。传感器的电源包含三块串联的小型1.5V 电池,总电压为4.5V。为了达到更大的满刻度量程,可用9V电池向7805 伏特计等5V稳压IC馈电,并在需要时添加一个通/断开关。应把电池放在伏特计附近。否则电池的钢制外壳会干扰被观察的磁场。应使用10nF SMD电容器来解耦传感器的输入和输出引脚。虽然提供较高直流精度和超过50kHz交流带宽的DMM能显示传感器的输出,但Fluke 公司的187 型DMM等具有RELΔ(“与参考读数的相对差值”)功能的DMM使直流磁场的测量和极性检测变得很容易(参考文献2)。

图2


  在电路组装之后,用两个4 mm香蕉形插头把探头的输出连到DMM。用一分钟时间预热,并把探头的传感器放在磁屏蔽外壳中。(编者按:可以用回收钢制或锡制同心圆食品罐头盒来制作磁屏蔽外壳。罐头盒的置放应使其未打开的一端指向相反方向。在较大罐头盒未打开的一端上钻一个小口来容纳传感器的输出电缆。)按DMM的RELΔ功能键。DMM 的显示器将传感器的2.25V静态电压输出值显示为0.0000V,表示探头针对零磁场校准完毕,可以使用了。

  把探头从屏蔽外壳中取出,测量被观察的磁场。为了达到最高灵敏度,应使传感器的面垂直于磁场。如果磁场的方向未知,则使探头围绕其最长轴旋转来搜索最高电压。为了计算磁通量密度,把输出电压读数除以灵敏度(2.5毫伏/高斯)。例如,如果表头读数是-1.9800V,则磁场在正北向是792高斯。对于交流磁场测量,应使用DMM的真rms模式来读传感器的交流输出电压。

  可用以下公式计算磁场在空气中的强度:B=m0×H,其中B表示磁通量密度,单位是特斯拉(teslas),H表示磁场强度,单位是安培/米,m0=4p×10-7H/m(自由空间的磁导率)。鉴于特斯拉代表较大的测量单位,因此1T磁场相当强。

  对于更大的测量分辨率,可用以下转换因子来使用更流行的单位高斯:10000 高斯=1特斯拉,1高斯=79.6安培/米,1.2560毫特斯拉=1000安培/米。磁场传感器的应用包括分析移动磁体线性位置探测器的故障、直流电机和扬声器制造、低频磁场干扰的研究、电磁干扰屏蔽装置的设计与制造。

参考文献
1.A1323 Ratiometric Linear Hall-Effect Sensor Data Sheet, Allegro MicroSystems Inc.
2.User's Manual, Model 187 & 189, True RMS Multimeter, Fluke Corp, www.fluke.com.

关键字:磁场探头  元件  磁场计

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0907/article_5861.html
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