淺析選用高斯計的方法

根據霍爾效應原理制成的特斯拉計(高斯計)在測量磁場(chǎng)中，有著(zhù)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(chǎng)測量的準確度起著(zhù)關(guān)鍵的作用。

霍爾效應特斯拉計對均勻、恒定磁場(chǎng)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(chǎng)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面。去測量同一磁體表面，同一位置(應該說(shuō)看上去是同一位置)的磁場(chǎng)時(shí)，顯示的結果大不一樣，誤差可以超過(guò)20%，甚至50%。

造成上述差別的原因有兩點(diǎn)：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(chǎng)中，不會(huì )因位置上的改變而感受到磁場(chǎng)的改變，測量數據也不會(huì )因位置的不同而帶來(lái)誤差。當用不同的探頭去測磁體表面發(fā)散的、不均勻的磁場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)。感受到的場(chǎng)值不同，測量結果當然不一樣。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(chǎng)顯示讀數越大，采用超薄探頭去測表面磁場(chǎng)時(shí)的讀數可以高于常規探頭20%以上(被測磁體尺寸越小，磁體表面曲率越大，表面磁場(chǎng)分布越不均勻，測量數據差別越大)，但是無(wú)論多薄的探頭，其內部對磁場(chǎng)敏感的部分與磁體表面總有一個(gè)間距，不可能為零距離。所以說(shuō)，不可能測到真正的表面磁場(chǎng)。只能說(shuō)，使用的探頭越薄，讀數越能反映出磁體的表面磁場(chǎng)。

原因之二是：不同型號的霍爾探頭內，所封裝的霍爾元件敏感區尺寸不同。早期的體形霍爾元件，如鍺、硅霍爾元件，尺寸一般為4×2L2也有6×3L2、8×4L2、最小為1.5×1.5L2，有效的敏感區基本上是元件本身的尺寸，面積大。若用這種霍爾元件來(lái)對磁力線(xiàn)發(fā)散的小磁體、磁體邊角部分或多極充磁的表磁進(jìn)行測量。僅能反映出通過(guò)該元件表面的磁感應強度的平均值。此值必定小于該區域的最大值。如果改用敏感區的小霍爾元件，如砷化鎵霍爾元件，其敏感區的有效面積約為0.1×0.1～0.2×0.2L2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(chǎng)的場(chǎng)分布，所測到的最大值也更接近該區域的最大磁感應強度實(shí)際值。

由前面的分析可以看出，表面磁場(chǎng)的實(shí)際值(即真實(shí)值)用霍爾效應法是根本不可能測到的。也就是說(shuō)不可能找到、建立一種統一的，共同的表面磁場(chǎng)的量值標準。只能去謀求測出更加接近表面磁場(chǎng)實(shí)際值的方法。

對用霍爾效應法測量磁體表面磁場(chǎng)的探討--高斯計如何選擇探頭

一、永磁測量?jì)x器

永磁測量?jì)x器是用于各種永磁磁性材料磁性能參數測量的專(zhuān)用儀器。我們通常用到的儀器有：高斯計(特斯拉計)、B-H磁滯回線(xiàn)儀等。磁通計

1、高斯計(特斯拉計)：用于測量各種永磁體表面磁場(chǎng)強度及氣隙磁場(chǎng)強度。

2、磁通計：用于測量永磁體的感應磁通量。

3、B-H磁滯回線(xiàn)儀：用于測量永磁材料Br、Hcb、Hcj、BHmax等磁性能參數，可自動(dòng)繪制磁滯回線(xiàn)和退磁曲線(xiàn)。

二、高斯計(特斯拉計)

1、高斯計(特斯拉計)的種類(lèi)分類(lèi)：指針式、數字式、便攜式。

2、高斯計(特斯拉計)的應用

(a)永磁體的表面磁場(chǎng)測量：采用高斯計(特斯拉計)測量永磁產(chǎn)品表面磁場(chǎng)強度，主要是對永磁產(chǎn)品的質(zhì)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(diǎn)的磁場(chǎng)強度進(jìn)行測量，通過(guò)對標準樣品數據進(jìn)行比較從而判斷產(chǎn)品是否合格，同時(shí)也可以保證材料的一致性。

(b)氣隙磁場(chǎng)的測量：采用高斯計(特斯拉計)測量氣磁場(chǎng)的應用比較廣泛，在科研、電子制造、機械等領(lǐng)域均有用到。目前應用比較典型的行業(yè)主要有電機和電聲兩大行業(yè)。

(c)余磁測量：如工件退磁后的退磁效果檢測。

(d)漏磁測量：如喇叭漏磁測量。

(e)環(huán)境磁場(chǎng)測量

3、高斯計(特斯拉計)選型：高斯計(特斯拉計)的選型首先應從測量對象入手，考慮以下幾個(gè)方面：

a、磁場(chǎng)類(lèi)型：磁場(chǎng)分為直流磁場(chǎng)和交流磁場(chǎng)兩種，永磁材料磁場(chǎng)強度應選用直流高斯計測量;

b、儀器量程：明確被測對象的大概磁場(chǎng)范圍，選擇儀器的量程范圍應大于被測量磁場(chǎng);

c、測量精確度：指儀器的分辨率，如分辨率是1Gs或者0.1Gs等;

d、探頭選擇：通常儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家的測試探頭都有多種不同規格，以滿(mǎn)足各種不同測試要求，測量表面磁場(chǎng)強度通常不需要考慮探頭規格。

①氣隙磁場(chǎng)測量：應訪(fǎng)考慮探頭的尺寸大小，如探頭尺寸大于被測氣隙，則無(wú)法進(jìn)入到被測的氣隙中，從而無(wú)法使用;

②探頭方向選擇：探頭方向分橫向和軸向兩種，用戶(hù)在探頭選擇時(shí)應根據被測對象考慮選擇適應的探頭;

③探頭連接線(xiàn)：儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家探頭線(xiàn)纜的長(cháng)度通常是固定的，如有特殊測量要求，需延長(cháng)或縮短探頭線(xiàn)時(shí)，應向廠(chǎng)家提出。高斯計

e、供電方式：臺式高斯計通常采用交流220V供電，便攜式高斯計采用電池供電。

f、功能選擇

①常規功能：極性判斷、最大值鎖定等;

②便攜性：如需戶(hù)外操作或現場(chǎng)測量，可選擇便攜性較好的掌上高斯計(便攜式)，此類(lèi)儀器體積小，重量輕，采用電池供電;

③生產(chǎn)線(xiàn)快速測量：儀器具有上、下限設置及報警功能;

④交流磁場(chǎng)測量：用于測量低頻(1—400Hz)交變磁場(chǎng)強度的大小;

三、磁通計

磁通計一般是直接測量探頭線(xiàn)圈的磁感應通量，使用較多的是配以霍姆赫茲線(xiàn)圈，此種方法多是與標準樣品進(jìn)行比較，進(jìn)而進(jìn)行產(chǎn)品的合格性判定。

磁通計使用之前，一定要按照要求進(jìn)行預熱，使用中要調整好積分漂移，使漂移量在規定的范圍之內。每次測量之前要重定清零，釋放掉積分電容的殘留電荷或漂移積分電荷。

當磁體的磁路閉合時(shí)，可以使用磁通計測量、計算剩磁，具體計算方法是：Br=Φ/N/S式中：Φ--磁通量;N--線(xiàn)圈匝數;S--磁體橫截面積。

應用磁通計進(jìn)行產(chǎn)品的合格性檢驗時(shí)，被測樣品和線(xiàn)圈的相對位置一定要與標準樣品的和線(xiàn)圈的相對位置相同。如果產(chǎn)品的性能范圍有嚴格的要求，應保存上限性能的產(chǎn)品、下限性能的產(chǎn)品，以進(jìn)行檢驗定標、檢驗。