對用霍爾效應法測量磁體表面磁場(chǎng)的探討

　　內容簡(jiǎn)介：本文定性分析了用霍爾效應法不可能真正測出表面磁場(chǎng)量值的原因，及介紹一種比較經(jīng)濟、實(shí)用的測量小磁體表面磁場(chǎng)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。見(jiàn)不同磁體磁場(chǎng)示意圖。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