容器組件
霍爾探頭尺寸對高斯計測試值的影響
日期：2024-05-17 15:56
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摘要：
霍爾探頭尺寸對高斯計測試值的影響
對用霍爾效應法測量磁體表麵磁場的探討
內容簡介：本文定性分析了用霍爾效應法不可能真正測出表麵磁場量值的原因，
及介紹一種比較經濟、實用的測量小磁體表麵磁場的方法。
根據霍爾效應原理製成的特斯拉計（高斯計）在測量磁場中，有著廣泛的應用。這種儀器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。
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%。但對磁體表麵的非均勻磁場的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麵，去測量同一磁體表麵，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%。
造成上述差彆的原因有兩點：其一，不同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。當用不同的探頭去測磁體表麵發散的、不均勻的磁場時，雖然表麵看上去是放到了同一位置，而內部霍爾元件感受到的並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，對於徑向探頭，厚度越小，內部霍爾元件離表麵越近，測量表麵磁場顯示讀數越大。采用超薄探頭去測表麵磁場時讀數可以高於常規探頭20%以上（被測磁體尺寸越小，磁體表麵曲率越大，表麵磁場越不均勻，測量數據差彆越大），但是無論多薄的探頭，其內部對磁場敏感的部分與磁體表麵總有一個間距，不可能為***。所以說，不可能測到真正的表麵磁場。隻能說，使用的探頭越薄，讀數越能反映出磁體的表麵磁場。
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尺寸不同。早期的體形霍爾元件，如鍺、矽霍爾元件，尺寸一般為4×2㎜2也有6×3㎜2、8×4㎜2、小為1.5×1.5㎜2，有效的敏感區基本上是元件本身的尺寸，麵積大。若用這種霍爾元件來對磁力線發散的小磁體、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麵的磁感應強度的平均值。此值必定小於該區域的大值。如果改用敏感區小的霍爾元件，如砷化镓霍爾元件，其敏感區的有效麵積約為0.1×0.1～0.2×0.2㎜2遠遠小於體形元件的麵積。這種元件就更能反映出表麵磁場的場分布，所測到的大值也更接近該區域的大磁感應強度實際值。
由前麵的分析可以看出，表麵磁場的實際值（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、建立一種統一的、共同的表麵磁場的量值標準。隻能去謀求測出更加接近表麵磁場實際值的方法。
