浅析选用高斯计的方法

2012-10-19 09:37:07来源: 21ic

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。这种仪器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。

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%。

造成上述差别的原因有两点:其一,不同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。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的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,表面磁场分布越不均匀,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,所封装的霍尔元件敏感区尺寸不同。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。如果改用敏感区的小霍尔元件,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。

对用霍尔效应法测量磁体表面磁场的探讨--高斯计如何选择探头

一、永磁测量仪器

永磁测量仪器是用于各种永磁磁性材料磁性能参数测量的专用仪器。我们通常用到的仪器有:高斯计(特斯拉计)、B-H磁滞回线仪等。磁通计

1、高斯计(特斯拉计):用于测量各种永磁体表面磁场强度及气隙磁场强度。

2、磁通计:用于测量永磁体的感应磁通量。

3、B-H磁滞回线仪:用于测量永磁材料Br、Hcb、Hcj、BHmax等磁性能参数,可自动绘制磁滞回线和退磁曲线。

二、高斯计(特斯拉计)

1、高斯计(特斯拉计)的种类分类:指针式、数字式、便携式。

2、高斯计(特斯拉计)的应用

(a)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。

(b)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。目前应用比较典型的行业主要有电机和电声两大行业。

(c)余磁测量:如工件退磁后的退磁效果检测。

(d)漏磁测量:如喇叭漏磁测量。

(e)环境磁场测量

3、高斯计(特斯拉计)选型:高斯计(特斯拉计)的选型首先应从测量对象入手,考虑以下几个方面:

a、磁场类型:磁场分为直流磁场和交流磁场两种,永磁材料磁场强度应选用直流高斯计测量;

b、仪器量程:明确被测对象的大概磁场范围,选择仪器的量程范围应大于被测量磁场;

c、测量精确度:指仪器的分辨率,如分辨率是1Gs或者0.1Gs等;

d、探头选择:通常仪器生产厂家的测试探头都有多种不同规格,以满足各种不同测试要求,测量表面磁场强度通常不需要考虑探头规格。

①气隙磁场测量:应访考虑探头的尺寸大小,如探头尺寸大于被测气隙,则无法进入到被测的气隙中,从而无法使用;

②探头方向选择:探头方向分横向和轴向两种,用户在探头选择时应根据被测对象考虑选择适应的探头;

③探头连接线:仪器生产厂家探头线缆的长度通常是固定的,如有特殊测量要求,需延长或缩短探头线时,应向厂家提出。高斯计

e、供电方式:台式高斯计通常采用交流220V供电,便携式高斯计采用电池供电。

f、功能选择

①常规功能:极性判断、最大值锁定等;

②便携性:如需户外操作或现场测量,可选择便携性较好的掌上高斯计(便携式),此类仪器体积小,重量轻,采用电池供电;

③生产线快速测量:仪器具有上、下限设置及报警功能;

④交流磁场测量:用于测量低频(1—400Hz)交变磁场强度的大小;

三、磁通计

磁通计一般是直接测量探头线圈的磁感应通量,使用较多的是配以霍姆赫兹线圈,此种方法多是与标准样品进行比较,进而进行产品的合格性判定。

磁通计使用之前,一定要按照要求进行预热,使用中要调整好积分漂移,使漂移量在规定的范围之内。每次测量之前要重定清零,释放掉积分电容的残留电荷或漂移积分电荷。

当磁体的磁路闭合时,可以使用磁通计测量、计算剩磁,具体计算方法是:Br=Φ/N/S式中:Φ--磁通量;N--线圈匝数;S--磁体横截面积。

应用磁通计进行产品的合格性检验时,被测样品和线圈的相对位置一定要与"标准样品的和线圈的相对位置"相同。如果产品的性能范围有严格的要求,应保存上限性能的产品、下限性能的产品,以进行检验定标、检验。

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关键字:高斯计  霍尔效应  激励电流

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1019/article_6123.html
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