磁阻传感器分解实用教案

1、第1页/共22页第一页，共23页。实验(shy(shyn)n)内容1 1、测量地磁场实验仪的灵敏度、测量地磁场实验仪的灵敏度K K（定标）；（定标）；2 2测量当地地磁场水平测量当地地磁场水平(shupng)(shupng)分量、垂直分量分量、垂直分量, ,测定磁倾角测定磁倾角定标K:691.77V/T成都地磁场水平(shupng)分量：34.6uT磁倾角=4506=45.1当场计算K, ,并计算相对误差.第2页/共22页第二页，共23页。地磁场 地球本身具有磁性，所以地球和近地空间之间存在着磁场，叫做地磁场。地磁场的强度和方向随地点(甚至随时间)而异。 地磁场的数值比较(bjio)小，约10

2、-5量级 地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。 本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量 测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法第3页/共22页第三页，共23页。地磁场的北极、南极(nnj)分别在地理南极(nnj)、北极附近，彼此并不重合，如图所示，而且两者间的偏差随时间不断地在缓慢变化。地磁轴与地球自转轴并不重合，有交角。在一个不太大的范围内，地磁场基本上是均匀的，可用三个参量来表示地磁场的方向和大小：1) 磁偏角 ，地球表面任一点的地磁场矢量所在垂直平面(图中 与Z构成的平

3、面，称地磁子午面)，与地理子午面(图中X、Z构成的平面)之间的夹角。2) 磁倾角 ，地磁场矢量 与水平面(即图的矢量 和OX与OY构成平面的夹角)之间的夹角。3) 水平分量 ， 地磁场矢量 在水平面上的投影。 测量地磁场的这三个参量，就可确定某一地点地磁场矢量的方向和大小。当然这三个参量的数值随时间不断地在改变，但这一变化极其缓慢，极为微弱。BBB第4页/共22页第四页，共23页。我国一些城市(chngsh)的地磁参量地名齐齐哈尔北京西安成都长沙昆明广州地理位置北纬47223956341630382812.82504.22306.1东经12359116201085710403112531024

4、211328磁倾角6427572350294506411135193141地磁场水平分量(uT)24.228.932.334.635.237.237.5第5页/共22页第五页，共23页。实验(shyn)(shyn)原理 物质在磁场(cchng)中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。 对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场(cchng)平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场(cchng)变化； 当外加磁场(cchng)偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻发生改变，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。第6页/共22页第六页，共23页。磁阻传感器的构造(guzo)示意图 磁阻传感器是由

5、长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成的一维磁阻微电路集成芯片，其坡莫合金膜，如图所示，该薄膜的电阻率()依赖于磁化强度M和电流(dinli)I方向的夹角 ，具有以下关系式第7页/共22页第七页，共23页。磁阻传感器输出(shch)电路 磁阻传感器是一种单边封装的磁场(cchng)传感器，它能测量与管脚平行方向的磁场(cchng)。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥，非平衡电桥输出部分接集成运算放大器，将信号放大输出。第8页/共22页第八页，共23页。 利用四个同样的磁阻传感器组成一电桥,由于磁阻传感器与地磁场夹角的不同,此电桥为不平衡电桥对于一定的工作电压：磁阻传感器输出电压与外界(wi

6、ji)磁场的磁感应强度成正比关系K为传感器的灵敏度，B为待测磁感应强度，U0为外加(wiji)磁场为零时传感器的输出电压。 第9页/共22页第九页，共23页。亥姆霍磁线圈的磁场与传感器定标k（磁场与电压(diny)对应关系） 由于亥姆霍磁线圈的特点(tdin)是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区，所以常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍磁线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为)(1097.35584230TIRNIuBH第10页/共22页第十页，共23页。测量(cling)公式 U为输出电压(diny),即为Uout 为外界磁场为0的电压(diny)值 为亥姆霍兹线圈产生的磁场对应的电压(d

7、iny)值. 为地磁场产生的电压(diny)值第11页/共22页第十一页，共23页。实验(shyn)仪器第12页/共22页第十二页，共23页。实验(shyn)步骤 定标:磁场与输出电压对应关系 用亥姆霍磁线圈产生磁场作为已知量，测量磁阻传感器的灵敏度 (K) 1) 将亥姆霍兹线圈与直流电源连接好。 2) 使磁阻传感器的管脚和磁感应强度的方向平行，即转盘刻度调节到角度 0。调节底板上螺丝使转盘至水平（用水准仪指示）。 3) 按一下复位(f wi)键，调节电流到零，电压调零。第13页/共22页第十三页，共23页。 4) 依次调节电流到10 .0，20.0 ，30 .0，40 .0，50 .0，60

8、.0。分别记录下正向电压读数 。 5) 调节电流到零，电流换向，按一下复位键，电压调零，重复步骤4），记录下反向电压读数 。 测正向和反向两次，目的是消除地磁沿亥姆霍兹线圈方向(水平)分量的影响。 利用(lyng)逐差法计算出灵敏度 电流正向(zhn xin)时测得电压为:sin/0KBKBUUH电流反向(fn xin)时测得电压为:sin/0KBKBUUH两式相减即可抵销 地磁场影响:定标第14页/共22页第十四页，共23页。数据(shj)记录励磁电流励磁电流I/mA磁感应强度磁感应强度B/10-4U1/mVU2/mV平均平均U/mV100.36200.72301.08401.44501.8

9、0602.1630160UUU20250UUU10340UUU3/ )(321UUUU41008. 1UBUk所以：BkU 而：第15页/共22页第十五页，共23页。地磁场水平(shupng)分量B/方法1:断开亥姆霍磁线圈电流将传感器调至0度,记录当前数据;再转至180度,记录当时数据.调节调零旋钮使0度和180度数据数值相等、符号相反。通过调零抵消(dxio) 此时 为零，转动传感器找到数值极大时即为地磁场水平分量。0Usin/00KBUU)180sin(/0180KBUU0U/max90sinKBKBUo第16页/共22页第十六页，共23页。地磁场水平(shupng)分量B/方法2:断开

10、亥姆霍磁线圈电流将磁阻传感器平行固定在转盘(zhunpn)上，调整转盘(zhunpn)至水平。水平旋转转盘(zhunpn)，找到传感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量B/的方向。记录此时传感器输出电压U1再旋转转盘(zhunpn)，记录传感器输出最小的电压U2。由|U1-U2|/2=KB/，求得当地地磁场水平分量B/0/0max190sinKBUKBUUU/0/0min2270sinKBUKBUUU第17页/共22页第十七页，共23页。地磁场垂直(chuzh)(chuzh)分量BB如果(rgu)用方法1:由于水平分量时已调至 为零，只需将传感器调至竖直方向(传感器指90

11、度)，此时即为地磁场竖直分量。如果(rgu)用方法2:垂直分量测量，将传感器调至90度向下，再转180度，两次数据相减除2即为地磁场竖直分量0U第18页/共22页第十八页，共23页。计算(j sun)地磁场水平(shupng)分量B/地磁场垂直分量B地磁场B磁倾角KUB/KUB22/BBB/arctanarctanUUBB第19页/共22页第十九页，共23页。 (1)实验仪器周围的一定范围内不应存在铁磁金属物体，以保证测量结果的准确性。 (2)本磁阻传感器遇强磁场时，会产生磁畴饱和现象，使灵敏度降低。这时应按“复位”按钮，可使它恢复到原灵敏度。 (3)调零旋钮以及调零换向开关调节的均是0值,调零旋钮可以连续调节,调零换向只是一个大范围的一次性调节,如果(rgu)电压显示未溢出(199.9mV)可以不需要调节(分辨率0.1mV).注意(zh y)第20页/共22页第二十页，共23页。误差(wch)分析测量地磁场水平分量的数据，与本地区公认值比较偏小，测量误差较大。分析原因是：由于房间属于钢筋(gngjn)混凝土的结构，其对地磁场的屏蔽作用，使测量到的地磁场偏小。第21页/共22页第二十一页，共23页。感谢您的观看(gunkn)！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结第1页/共22页。2测量当地地磁场水平分量、垂直分量,测定磁倾角。磁倾角=45