6.用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管軸向磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板_第1頁(yè)
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PAGEPAGE2實(shí)驗(yàn)八用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管磁場(chǎng)用霍爾傳感器測(cè)量通電螺線管內(nèi)勵(lì)磁電流與輸出霍爾電壓之間關(guān)系,證明霍爾電勢(shì)差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比;用通電長(zhǎng)直通電螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論計(jì)算值作為標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)校準(zhǔn)或測(cè)定霍爾傳感器的靈敏度,熟悉霍爾傳感器的特性和應(yīng)用;用該霍爾傳感器測(cè)量通電螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與螺線管軸線位置刻度之間的關(guān)系,作磁感應(yīng)強(qiáng)度與位置刻線的關(guān)系圖,學(xué)會(huì)用霍爾元件測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法。圖1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膱D11.了解霍爾效應(yīng)現(xiàn)象,掌握其測(cè)量磁場(chǎng)的原理。2.學(xué)會(huì)用霍爾效應(yīng)測(cè)量長(zhǎng)直通電螺線管軸向磁場(chǎng)分布的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理圖1所示的是長(zhǎng)直螺線管的磁力線分布,有圖可知,其內(nèi)腔中部磁力線是平行于軸線的直線系,漸近兩端口時(shí),這些直線變?yōu)閺膬啥丝陔x散的曲線,說(shuō)明其內(nèi)部的磁場(chǎng)在很大一個(gè)范圍內(nèi)是近似均勻的,僅在靠近兩端口處磁感應(yīng)強(qiáng)度才顯著下降,呈現(xiàn)明顯的不均勻性。根據(jù)電磁學(xué)畢奧-薩伐爾定律,通電長(zhǎng)直螺線管線上中心點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為: (1)理論計(jì)算可得,長(zhǎng)直螺線管軸線上兩個(gè)端面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為內(nèi)腔中部磁感應(yīng)強(qiáng)度的1/2: (2)圖2L式中,為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率,真空中的磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7(T·m/A),N為螺線管的總匝數(shù),IM為螺線管的勵(lì)磁電流,L為螺線管的長(zhǎng)度,D為螺線管的平均直徑。圖2L附加電勢(shì)差的消除應(yīng)該說(shuō)明,在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí),因伴隨著多種副效應(yīng)(見(jiàn)附錄),以致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電壓并不等于真實(shí)的VH值,而是包含著各種副效應(yīng)引起的附加電壓,因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知,采用電流和磁場(chǎng)換向的對(duì)稱測(cè)量法,基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測(cè)量的結(jié)果中消除,具體的做法是Is和B(即lM)的大小不變,并在設(shè)定電流和磁場(chǎng)的正、反方向后,依次測(cè)量由下列四組不同方向的Is和B組合的A、A′兩點(diǎn)之間的電壓V1、V2、V2、和V4,即+Is+BV1+Is-BV2-Is-BV3-Is+BV4然后求上述四組數(shù)據(jù)V1、V2、V3和V4絕對(duì)值的平均值,可得:(3)通過(guò)對(duì)稱測(cè)量法求得的VH,雖然還存在個(gè)別無(wú)法消除的副效應(yīng),但其引入的誤差甚小,可以略而不計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)儀器1.FB510型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀;2.FB510型霍爾效應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)儀(螺線管)。圖3技術(shù)性能:圖31.螺線管線圈:匝數(shù)為N=2550匝,長(zhǎng)度L=260mm,平均直徑D=35mm,磁場(chǎng)線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)度勵(lì)磁電流(mA)100200300400500螺線管線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度(mT)1.222.443.674.886.115.霍爾傳感器:由制成,霍爾靈敏度:190~230(mV/mA·T)7.三組換向開(kāi)關(guān):由繼電器和按鈕開(kāi)關(guān)組成,位置由發(fā)光二極管指示。8.實(shí)驗(yàn)儀提供二組穩(wěn)壓恒流源勵(lì)磁電源:電壓,電流值由三位半數(shù)字式電流表指示。螺線管線圈:,連續(xù)可調(diào)。9.總電源:,交流市電,功耗四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟把FB510型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀與FB510型霍爾效應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)儀(螺線管)正確連接。把勵(lì)磁電流接到螺線管IM輸入端。把測(cè)量探頭調(diào)節(jié)到螺線管軸線中心,即刻度尺讀數(shù)為13.0cm處,調(diào)節(jié)恒流源2,使Is=4.00mA,按下(VH/Vs)(即測(cè)VH),依次調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為IM=0~±500mA,每次改變±50mA,依此測(cè)量相應(yīng)的霍爾電壓,并通過(guò)作圖證明霍爾電勢(shì)差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。放置測(cè)量探頭于螺線管軸線中心,即13.0cm刻度處,固定勵(lì)磁電流±500mA,調(diào)節(jié)霍爾工作電流為:Is=0~±4.00mA,每次改變±0.50mA,測(cè)量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓VH,通過(guò)作圖證明霍爾電勢(shì)差與霍爾電流成正比。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為500mA,調(diào)節(jié)霍爾電流為4.00mA,測(cè)量螺線管軸線上刻度為X=0.0cm~13.0cm,每次移動(dòng)1cm,測(cè)各位置對(duì)應(yīng)的霍爾電勢(shì)差。(注意,根據(jù)儀器設(shè)計(jì),這時(shí)候?qū)?yīng)的二維尺水平移動(dòng)刻度讀數(shù)為:13.0cm處為螺線管軸線中心,0.0cm處為螺線管軸線的端面,找出霍爾電勢(shì)差為螺線管中央一半的數(shù)值的刻度位置。與理論值比較,計(jì)算相對(duì)誤差。按給出的霍爾靈敏度作磁場(chǎng)分布B~X圖。用螺線管中心點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度理論計(jì)算值,校準(zhǔn)或測(cè)定霍爾傳感器的靈敏度?!咀⒁馐马?xiàng)】勵(lì)磁線圈不宜長(zhǎng)時(shí)間通電,否則線圈發(fā)熱,會(huì)影響測(cè)量結(jié)果?;魻栐幸欢ǖ臏囟认禂?shù),為了減少其自身發(fā)熱對(duì)測(cè)量影響,實(shí)驗(yàn)時(shí)工作電流不允許超過(guò)其額定值5mA,(建議使用值:Is=0~4mA)。五、思考題如果螺線管在繞制中,單位長(zhǎng)度的匝數(shù)不相同或繞制不均勻,在實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)什么情況?在繪制B~X分布圖時(shí),電磁學(xué)上的端面位置是否與螺線管幾何端面重合?圖6【附錄】圖6一、繼電器換向開(kāi)關(guān)的使用說(shuō)明:?jiǎn)蔚峨p向繼電器的電原理如圖6所示。當(dāng)繼電器線包不加控制電壓時(shí),動(dòng)觸點(diǎn)與常閉端相連接;當(dāng)繼電器線包加上控制電壓時(shí),繼電器吸合,動(dòng)觸點(diǎn)與常開(kāi)端相連接。實(shí)驗(yàn)架中,使用了

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