CN102608549B - 基于霍尔效应的磁感应强度测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

基于霍尔效应的磁感应强度测量装置与方法属于磁感强强度测量领域；该装置利用霍尔元件在一个方向上通电流，另一个方向上加磁场，会在第三个方向上产生电压的特性测量磁感应强度，装置的电路部分应用钮子开关在不同档位置时，灵敏电流计分别充当电流表和电压表，通过电位器调节霍尔元件的工作电流，以及产生的电压，使得整个电路通过一个灵敏电流计就可以实现测量；该方法根据霍尔元件在确定工作电流下的两端电压，得到磁感应强度；采用本发明测量磁感应强度，由于装置仅含有一块灵敏电流计，且全部使用标准元器件，因此具有成本低、稳定性好的优点，本发明同时还具有宽测量范围、多量程的优点。

Description

基于霍尔效应的磁感应强度测量装置与方法

技术领域

基于霍尔效应的磁感应强度测量装置与方法属于磁感应强度测量领域。

背景技术

虽然磁感应强度测量仪器或方法已经非常成熟，但是现有技术的仪器既贵重又复杂，普通技术人员无法自己制作；而且，对于特定的测量仪器，其固有的特性限制了其测量范围，普通技术人员同样无法针对不同的应用场合调整测量范围。

发明内容

为了解决上面的问题，本发明提出了一种基于霍尔效应的磁感应强度测量装置与方法，该发明仅含有一块灵敏电流计，且全部使用标准元器件，因此具有成本低、稳定性好的优点，本发明同时还具有宽测量范围、多量程的优点。

本发明的目的是这样实现的：

基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，电路干路部分包括电源E，霍尔元件H、电位器R₁、定值电阻R₂，该电路还包括钮子开关，该钮子开关的A、B接线端之间连接有灵敏电流计，A₁、B₁接线端与定值电阻R₂并联；其中，与霍尔元件H的电流方向垂直于待测磁场方向，与霍尔元件H电流方向和待测磁场方向都垂直的方向上，有电压测量电路，该电压测量电路包括定值电阻R₃和与钮子开关相连的接线端A₂、B₂；钮子开关控制A、B接线端分别与A₁、B₁接线端同时闭合的同时，分别与A₂、B₂接线端断开，并联在定值电阻R₂上的电键C断开；钮子开关控制A、B接线端分别与A₂、B₂接线端同时闭合的同时，分别与A₁、B₁接线端断开，电键C闭合。

上述基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，电路干路中还包括电键D。

上述基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，所述的电键D为钮子开关一部分，A、B接线端分别与A₁、B₁接线端同时闭合时，电键D与D₁接线端接通，整个电路形成回路；A、B接线端分别与A₂、B₂接线端同时闭合时，电键D与D₂接线端接通，整个电路形成回路；A、B接线端与A₁、B₁接线端以及A₂、B₂接线端都断开时，电键D与D₁以及D₂都断开，整个电路处于断路状态。

上述基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，所述的定值电阻R₃的阻值大于灵敏电流计G的阻值；定值电阻R₂的阻值小于灵敏电流计G的阻值。

基于霍尔效应的磁感应强度测量方法，包括以下步骤：

a.钮子开关控制A、B接线端分别与A₁、B₁接线端闭合，电键D闭合，电键C断开，调整电位器R₁，使电路中的干路电流为霍尔元件的工作电流I；

b.在第a步的基础上，钮子开关控制A、B接线端分别与A₂、B₂接线端闭合，电键D闭合，电键C闭合，记录灵敏电流计所指示的霍尔元件H的电压U；

c.根据第b步得到的电压U，得到待测磁场的磁感应强度B。

本发明的基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，利用霍尔元件在一个方向上通电流，另一个方向上加磁场，会在第三个方向上产生电压的特性测量磁感应强度，装置的电路部分应用钮子开关在不同档位置时，灵敏电流计分别充当电流表和电压表，通过电位器调节霍尔元件的工作电流，以及产生的电压，使得整个电路通过一个灵敏电流计就可以实现测量；基于霍尔效应的磁感应强度测量方法根据霍尔元件在确定工作电流下的两端电压，得到磁感应强度；采用本发明测量磁感应强度，由于装置仅含有一块灵敏电流计，且全部使用标准元器件，因此具有成本低、稳定性好的优点，本发明同时还具有宽测量范围、多量程的优点。

附图说明

图1是基于霍尔效应的磁感应强度测量装置电路图

图2是基于霍尔效应的磁感应强度测量装置等效工作电流测量电路

图3是基于霍尔效应的磁感应强度测量装置等效电压测量电路

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。

基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，电路干路部分包括1.5V干电池作为电源E，型号为HW300B的霍尔元件H、最大阻值为4.7K的电位器R₁、定值电阻R₂，该电路还包括一个三档十二脚的钮子开关，该钮子开关的A、B接线端之间连接有阻值为2200Ω、满偏电流为50μA的灵敏电流计，A₁、B₁接线端与定值电阻R₂并联；其中，与霍尔元件H的电流方向垂直于待测磁场方向，与霍尔元件H电流方向和待测磁场方向都垂直的方向上，有电压测量电路，该电压测量电路包括定值电阻R₃和与钮子开关相连的接线端A₂、B₂；钮子开关控制A、B接线端分别与A₁、B₁接线端同时闭合的同时，分别与A₂、B₂接线端断开，并联在定值电阻R₂上的电键C断开；钮子开关控制A、B接线端分别与A₂、B₂接线端同时闭合的同时，分别与A₁、B₁接线端断开，电键C闭合，电路如图1所示。

上述基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，电路干路中还包括电键D，并且电键D为钮子开关一部分，当A、B接线端分别与A₁、B₁接线端同时闭合时，电键D与D₁接线端接通，整个电路形成回路；A、B接线端分别与A₂、B₂接线端同时闭合时，电键D与D₂接线端接通，整个电路形成回路；A、B接线端与A₁、B₁接线端以及A₂、B₂接线端都断开时，电键D与D₁以及D₂都断开，整个电路处于断路状态。

上述基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，所述的定值电阻R₃的阻值为7800Ω；定值电阻R₂的阻值为20Ω。

上述基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，所述的电源E还可以通过一双刀双掷开关连接到干路，双刀双掷开关的一对端子接电源E的“+”“-”极，则与这对端子相对应的另一对端子接电源的“-”“+”极，使双刀双掷开关在不同端子位置时，干路电流的方向不同。

基于霍尔效应的磁感应强度测量方法，包括以下步骤：

a.钮子开关控制A、B接线端分别与A₁、B₁接线端闭合，电键D闭合，电键C断开，此时的电路等效为图2所示的工作电流测量电路，调整电位器R₁，使电路中的干路电流为霍尔元件的工作电流I；

b.在第a步的基础上，钮子开关控制A、B接线端分别与A₂、B₂接线端闭合，电键D闭合，电键C闭合，此时的电路等效为图3所示的电压测量电路，记录灵敏电流计所指示的霍尔元件H的电压U；

c.根据第b步得到的电压U，按照如下公式：

$U=k\frac{\mathrm{IB}}{d}$

计算得到待测磁场的磁感应强度B，式中：k为霍尔系数，d为霍尔元件在磁场方向上的厚度；

或者：

通过查找之前标定的结果数据库，直接得到在工作电流I下，与电压U对应的待测磁场的磁感应强度B。

Claims (3)

1.基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，其特征在于电路干路部分包括电源E，霍尔元件H、电位器R₁、定值电阻R₂，该电路还包括钮子开关，该钮子开关的A、B接线端之间连接有灵敏电流计，A₁、B₁接线端与定值电阻R₂并联；其中，与霍尔元件H的电流方向垂直于待测磁场方向，与霍尔元件H电流方向和待测磁场方向都垂直的方向上，有电压测量电路，该电压测量电路包括定值电阻R₃和与钮子开关相连的接线端A₂、B₂；钮子开关控制A、B接线端分别与A₁、B₁接线端同时闭合的同时，分别与A₂、B₂接线端断开，并联在定值电阻R₂上的电键C断开；钮子开关控制A、B接线端分别与A₂、B₂接线端同时闭合的同时，分别与A₁、B ₁接线端断开，电键C闭合， 

电路干路中还包括电键D， 

所述的定值电阻R₃的阻值大于灵敏电流计G的阻值；定值电阻R₂的阻值小于灵敏电流计G的阻值。 

2.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的磁感应强度测量装置，其特征在于所述的电键D为钮子开关一部分，A、B接线端分别与A₁、B₁接线端同时闭合时，电键D与D₁接线端接通，整个电路形成回路；A、B接线端分别与A₂、B₂接线端同时闭合时，电键D与D₂接线端接通，整个电路形成回路；A、B接线端与A₁、B₁接线端以及A₂、B₂接线端都断开时，电键D与D₁以及D₂都断开，整个电路处于断路状态。 

3.基于权利要求1所述的磁感应强度测量装置所采用的磁感应强度测量方法，其特征在于包括以下步骤： 

a．钮子开关控制A、B接线端分别与A₁、B₁接线端闭合，电键D闭合，电键C断开，调整电位器R₁，使电路中的干路电流为霍尔元件的工作电流I； 

b．在第a步的基础上，钮子开关控制A、B接线端分别与A₂、B₂接线端闭合，电键D闭合，电键C闭合，记录灵敏电流计所指示的霍尔元件H的电压U； 

c．根据第b步得到的电压U，得到待测磁场的磁感应强度B。 

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