实验名称用霍尔传感器测定螺线管磁场

1、精品文档，值得拥有1 / 10实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场一、 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

2、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姓名 学号 班级桌号教室基教 11081108实验日期 2020 年月日 时段同组同学指导教师评 分教师签字精品文档，值得拥有2 / 10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。精品文档，值得拥有3 / 10；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 Ub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

3、 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”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.

4、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。由电磁理论可得:UH=（ 1）1式中，KH= 称为霍尔元件的灵敏度，nned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时，还伴随着几个副效应，它们分别是/ J图 2 霍耳效应原理图精品文档，值得拥有4 / 10图 3 95A 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:（U 2.500） UB（此处 K 类似于（1）式中的 KH , I :工作电流，为确定值），式

5、中 U 为集成KK霍尔传感器的输出电压，K 为该传感器的灵敏度，U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 当读数）。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

6、 V 档（即拨动开关向上拨）。2 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 Ki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 2.500V2.500V , 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，且剩余精品文档，值得拥有5 / 10电压恰好得到补偿（抵消），即 U Uo=0V=0V。精品文档，值得拥有6 / 103 3、仍断开开关 K2，在保持“ V+”和“ V-”电压不变的情况下，把开关 Ki拨向 2，调节“补偿电压”调节旋钮（2.4V 2.6V 电源输

7、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 2.500V2.500V 的电压与霍尔传感器传感器输出的2.500V2.500V 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U。4 4、测定霍尔传感器的灵敏度K K（1）改变输入螺线管的励磁电流|m，将传感器置于螺线管的中央位置（即 X=17.0cm），测量UIm关系，记录 10 组数据，g 范围在 0 500mA 每隔 50mA 测一次。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 1

8、mm N= （3000 20） 匝， 平均直径D=35 1mm而真空磁导率% =4二10 H /m。由于螺线管为有限长，由此必须用公式:5 5、测量通电螺线管中的磁场分布（1）当螺线管通恒定电流|m（例如 250mA 时，测量U X关系。X范围为 030.0cm，两端的测量数据点应比中心位置的测量数据点密一些。（2） 用最小二乘法求出Im直线的斜率K=和相关系数 r （要求用计算机或APP 软JmB = %NIm进行计算,L2D2即一卫=上工卫二亠丄K（单位：伏/特斯拉，即:V/T)精品文档，值得拥有7 / 10（2）利用上面所得的传感器灵敏度K计算B-X关系，并作出B-X分布图。（3）计算并

9、在图上标出均匀区的磁感应强度B0及均匀区范围（包括位置与长度），理论值N|B_B|Bo=亠0-Im,假定磁场变化小于 1%的范围为均匀区（即00100%迟1%）。L2D2Bo（4）已知螺线管长度 L=26.0cm，在图上标出螺线管边界的位置坐标（即P与P点，一般认为在边界1 ；,点处的磁场是中心位置的一半，即BPBo）。验证P-P间距约 26.0cm。2注意：1.测量u Im时，传感器位于螺线管中央（即X=17.0cm,即均匀磁场中）。2.测量U X时，螺线管通电电流Im应保持不变。3.常检查lm=0 （即螺线管磁场为 0）时，传感器输出电压应为2.500V。4.常检查用 mV 档读U值，当I

10、m=0 时，mV 旨示应该为 0。5.实验完毕后， 请逆时针旋转仪器上的三个调节旋钮，使恢复到起始位置（最小的位置）。2选做内容设计一个实验，用 95A 型霍尔传感器测量手机扬声器附近最大磁场强度B,每人单独测量，写清楚手机品牌，型号。五、实验数据1霍尔电势差与励磁电流Im的关系将霍尔传感器置于螺线管中央位置（即 X=17.0cm 处）；U1为螺线管通正向直流电流时测得集成霍尔传感器输出电压；U2为螺线管通反向直流电流时测得集成霍尔传感器输出电压；U为|U1-U2|/2精品文档，值得拥有8 / 10的值（测量正、反二次不同电流方向所产生磁感应强度值取平均值，可消除地磁场影响）。表 1 测量霍尔

11、电势差U与螺线管通电电流lm关系Im/mAU1/mVU2/mVU/mV050精品文档，值得拥有9 / 10100150200250300350400450500机进行计算，要求手机是An droid 系统）。K=V/A ,相关系数 r=。B 与通过螺线管励磁电流lm成正比，所以表 1 数据可以证明霍尔电势差U与磁感应强度 B 成（正比 or 反比？）。JL2+D22）计算集成霍尔元件的灵敏度K二一上 K =V/T气N通电螺线管内磁感应强度分布测定（螺线管的励磁电流Im=250mA）表 2 螺线内磁感应强度 B 与位置刻度 X 的关系（B=U/ K ）X/cm1U1/mV1U2/mV1U/mVB

12、/mT1.001.502.002.503.003.50用最小二乘法求出UIm直线的斜率K:|和相关系数 r（从网上下载软件到手机上,用手结论：1）由于螺线管内磁感应强度精品文档，值得拥有10 / 104.004.505.005.506.006.507.007.508.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0024.5025.0025.5026.00精品文档，值得拥有11 / 1026.5027.0027.5028.0028.5029.0029.5030.00根据表 2 描绘通电螺线管内磁感应强度分布图。3.3.确定磁场均匀区和螺线管长度：I螺线管