根據霍爾效應原理制成的特斯拉計(高斯計)在測量磁場中,有著廣泛的應用。高斯計是由作為傳感器的霍爾探頭及儀表整機兩部分組成。其中探頭內霍爾元件的尺寸、性能與封裝結構對磁場測量的準確度起著關鍵的作用。
高斯計是檢測磁體磁感應強度的儀器,是磁性測量領域中用途廣泛的測量儀器之一。
霍爾效應特斯拉計對均勻、恒定磁場測量的準確度一般在5%—0.5%,高精度的測量準確度可以達到0.05%。但對磁體表面的非均勻磁場的測量(表面磁場測量)就談不上準確度了。往往是不同的儀表,或同型號的儀表,不同的探頭,或同一支探頭的不同側面,去測量同一磁體表面,同一位置(應該說看上去是同一位置)的磁場時,顯示的結果大不一樣,誤差可以超過20%,甚至50%。
造成測量差別的原因有兩點:其一,不同霍爾探頭內霍爾元件封裝的位置不同,或元件不在探頭兩側的中部。這些探頭在均勻磁場中,不會因位置上的改變而感受到磁場的改變,測量數據也不會因位置的不同而帶來誤差。當用不同的霍爾探頭去測磁體表面發(fā)散的、不均勻的磁場時,雖然表面看上去是放到了同一位置,而內部霍爾元件感受到的并不是同一位置的磁場。感受到的場值不同,測量結果當然不一樣。見不同磁體磁場示意圖。一般,對于徑向探頭,厚度越小,內部霍爾元件離表面越近,測量表面磁場顯示讀數越大。采用超薄探頭去測表面磁場時讀數可以高于常規(guī)探頭20%以上(被測磁體尺寸越小,磁體表面曲率越大,表面磁場越不均勻,測量數據差別越大),但是無論多薄的探頭,其內部對磁場敏感的部分與磁體表面總有一個間距,不可能為*。所以說,不可能測到真正的表面磁場。只能說,使用的探頭越薄,讀數越能反映出磁體的表面磁場。
原因之二是:不同型號的霍爾探頭內,所封裝霍爾元件的敏感區(qū)尺寸不同。早期的體形霍爾元件,如鍺、硅霍爾元件,尺寸一般為4×2㎜2也有6×3㎜2、8×4㎜2、小為1.5×1.5㎜2,有效的敏感區(qū)基本上是元件本身的尺寸,面積大。若用這種霍爾元件來對磁力線發(fā)散的小磁體、磁體邊角部分或多極充磁的表磁進行測量。僅能反映出通過該元件表面的磁感應強度的平均值。此值必定小于該區(qū)域的zui大值。如果改用敏感區(qū)小的霍爾元件,如砷化鎵霍爾元件,其敏感區(qū)的有效面積約為0.1×0.1~0.2×0.2㎜2遠遠小于體形元件的面積。這種元件就更能反映出表面磁場的場分布,所測到的zui大值也更接近該區(qū)域的zui大磁感應強度實際值。
由前面的分析可以看出,表面磁場的實際值(即真實值)用霍爾效應法是根本不可能測到的。也就是說不可能找到、建立一種統(tǒng)一的、共同的表面磁場的量值標準。只能去謀求測出更加接近表面磁場實際值的方法。
湖南省永逸科技有限公司設計了一種為測小型磁體(10㎜以下)表面磁場的探頭。設計原則是:一、采用敏感區(qū)面積小的砷化鎵元件;二、元件的封裝位置盡量接近探頭的表面;三、堅固耐用。易于找到zui大值。如果與對方的測試數據比對時,數值偏高。用這種探頭的一個樣品,對φ14×3的磁片中間部位和φ2.6×6.6電機馬達磁鋼的表磁,同厚度為1.4㎜的常規(guī)探頭和厚度為1.0㎜的超薄探頭作了一次對比測試 (注:這幾種探頭在均勻磁場中的誤差均<±1%) 測試情況見下表:
這是一種實用的效果不錯的為測小型磁體表面磁場的探頭。
霍爾探頭湖南省永逸科技有限公司生產的高斯計的標準配件,可運用產品的磁場測量、直流磁場、輻射磁場、剩磁、地球磁場等等各類磁場的磁感應強度。另外可以搭配本公司研發(fā)的fe-2100h永磁材料自動測量裝置、fe-2100r系列多極磁環(huán)分布測量裝置使用。
霍爾探頭的應用:
永磁體的表面磁場測量:采用高斯計(特斯拉計)測量永磁產品表面磁場強度,主要是對永磁產品的質量及充磁后磁性能一致性的評估;通常測量中磁體表面中心點的磁場強度進行測量,通過對標準樣品數據進行比較從而判斷產品是否合格,同時也可以保證材料的一致性。
氣隙磁場的測量:采用高斯計(特斯拉計)測量氣磁場的應用比較廣泛,在科研、電子制造、機械等領域均有用到。應用比較典型的行業(yè)主要有電機和電聲兩大行業(yè)。
余磁測量:如工件退磁后的退磁效果檢測。
漏磁測量:如喇叭漏磁測量。
橫向霍爾探頭一般是矩形扁片形狀的,測量磁場時,磁場的方向與扁片垂直。多數情況下被用來測量類似于磁體間距中的磁場。
注意:所有的霍爾探頭都是易碎的。傳感器通常位于探頭的頂端,不能彎曲、震動、刮擦、擠壓。您可能會選擇一個zui薄的橫向探頭或zui小直徑的軸向探頭,然而選擇結實的適合當前應用的總是好的選擇。也就是說橫向的銅封探頭比柔性探頭更結實耐用,厚的探頭比薄的探頭耐用。而軸向霍爾探頭當然是直徑越大越耐用。