实验名称用霍尔传感器测定螺线管磁场.doc

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1、实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场评分教师签字姓名学号班级桌号教室基教1108实验日期20年月日时段同组同学指导教师一、实验目的（请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容，然后充分阅读实验报告！）1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。二、实验仪器FD-ICH-II新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连

2、接导线（4红，4黑）若干组成。其仪器装置如图1所示。图1新型螺线管磁场测定仪仪器装置三、实验原理把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B中，如图2所示，当沿AA′方向（Y轴方向）通过电流I时，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力fB的作用而发生偏转。从而在DD′间产生电位差UH，这一现象称为，这个电位差称为。由电磁理论可得：UH＝（1）图2霍耳效应原理图式中，KH＝称为霍尔元件的灵敏度，n为载流子浓度，e为载流子电荷电量，d为半导体薄片厚度。虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即B=0)时，UH=0，但实际中，在产生霍尔效应的同

3、时，还伴随着几个副效应，它们分别是；；；。所以用数字电压表测时UH并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U0称为剩余电压。随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A型集成霍尔传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍尔传感器，它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。对SS95A型集成霍尔传感器，它有三根引线，分别是:“V+”、“V-”、“Vout”。其中“V+”和“V-”构成“电流输入端”，“Vout”

4、和“V-”构成“电压输出端”。由于SS95A型集成霍尔传感器，它的工作电流已设定，被称为标准工作电流，使用传感器时，必须使工作电流处在该标准状态。在实验时，只要在磁感应强度为零(零磁场)条件下，调节“V+”、“V-”所接的“霍尔片工作电压”调节旋钮，使霍尔片传感器输出电压为2.500V(在数字电压表上显示)，则传感器就可处在标准工作状态之下。图395A型集成霍尔元件内部结构图当螺线管内有磁场且集成霍尔传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得：（此处K类似于（1）式中的KHI，I：工作电流，为确定值），式中U为集成霍尔传感器

5、的输出电压，K为该传感器的灵敏度，经用2.500V外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV档读数)。四、实验过程仪器连线如图4所示。图4螺线管磁场测定仪连线图1、实验接线如图4所示。左面数字直流稳流源的“励磁恒流输出”端接电流换向开关，然后接螺线管的线圈接线柱。右面稳压电源4.8V—5.2V的输出接线柱(红)接霍尔元件的V＋(即引脚2－红色导线)，直流稳压电源的(黑)接线柱接霍尔元件的V-(即引脚3－黑色导线)，霍尔元件的VOUT（引脚1－黄色导线）接右边电压表‘电压输入’的＋(红)接线柱电压表切换到V档(即拨动开关

6、向上拨)。2、检查接线无误后接通电源，断开励磁电流换向开关K2，集成霍尔传感器放在螺线管的中间位置(X=17.0cm处)，开关K1拨向1，调节“霍尔片工作电压”调节旋钮，使右边数字电压表显示2.500V，这时集成霍尔元件便达到了标准化工作状态，即集成霍尔传感器通过电流达到规定的数值，且剩余电压恰好得到补偿（抵消），即U0=0V。3、仍断开开关K2，在保持“V+”和“V-”电压不变的情况下，把开关K1拨向2，调节“补偿电压”调节旋钮（2.4V—2.6V电源输出电压），使数字电压表指示值为0，然后将数字电压表量程拨动开关拨向mV档，继续微调

7、补偿电压旋钮，使输出为0，即达到了精确补偿（也就是用一外接2.500V的电压与霍尔传感器传感器输出的2.500V电压相抵消），这样就可直接用数字电压表读出集成霍尔传感器电压输出值。4、测定霍尔传感器的灵敏度K（1）改变输入螺线管的励磁电流，将传感器置于螺线管的中央位置(即X=17.0cm)，测量—关系，记录10组数据，范围在0—500mA，每隔50mA测一次。（2）用最小二乘法求出—直线的斜率和相关系数r（要求用计算机或APP软件处理）。（3）集成霍尔传感器的灵敏度注：实验中所用螺线管参数为：螺线管长度L=260±1mm，N=(3000

8、±20)匝，平均直径=35±1mm，而真空磁导率。由于螺线管为有限长，由此必须用公式：进行计算，即=(单位：伏/特斯拉，即：V/T)5、测量通电螺线管中的磁场分布(1)当螺线管通恒定电流(例如250mA)时