一種利用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管磁場(chǎng)的新方法

1、第 15卷 第 2期 五邑大學(xué)學(xué)報(bào) Vol.15 No.2 2001年 5月 JOURNAL OF WUYI UNIVERSITY (Natural Science Edition May 2001 文章編號(hào)2001關(guān)小泉廣東 江門 529020給出了一種利用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管磁場(chǎng)的新方法進(jìn)而計(jì)算出通電長(zhǎng)直螺線管內(nèi)軸向磁場(chǎng)的分布 . 實(shí)踐證明穩(wěn)定性好 極大地提高了實(shí)驗(yàn)精度和實(shí)驗(yàn)效率 . 關(guān)鍵詞 霍爾電勢(shì)差 數(shù)字電壓表O436.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼用霍爾效應(yīng)法測(cè)定通電長(zhǎng)直螺線管內(nèi)軸向磁場(chǎng)分布的方法是用電位差計(jì)測(cè)量出螺線管內(nèi)軸向上各點(diǎn)的霍爾電勢(shì)差 0I 為不變量只要測(cè)出 H U 就可以計(jì)算出磁場(chǎng) Z B

2、 . 由于傳統(tǒng)的實(shí) 驗(yàn)所需儀器設(shè)備多 線路復(fù)雜難以保證測(cè)量條件電流磁場(chǎng)強(qiáng)度等導(dǎo)致 H U 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中漂移較大 用電位差 計(jì)測(cè)量電勢(shì)差還受到其它儀器精度及條件的限制 標(biāo)準(zhǔn)電池未經(jīng)常校 檢 重復(fù)性誤差 較大 . 因此需要進(jìn)行改進(jìn) .2 實(shí)驗(yàn)原理及裝置為了克服上述實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)我們找到了一種新的測(cè)量方法 輸入阻抗 V R 30 M»ô¶ûʵÑé×°ÖõÄ2 =0I 20 mA6=B I 1 A在霍爾元件42000-10-11作者簡(jiǎn)介1961-女高級(jí)實(shí)驗(yàn)師從

3、事物理實(shí)驗(yàn)方面的教學(xué)研究.五邑大學(xué)學(xué)報(bào) 2001年52數(shù)字電壓表測(cè)量出來(lái) . 由于伴隨著霍爾效應(yīng)還有 4種副效應(yīng)的影響因此分別測(cè)出 H 1U (B I I +, 0H 3U (B I I , 0再計(jì)算出消除了副效應(yīng)的影響后的 H U .(41H 4H 3H 2H1H U U += 按照公式H HI KU B Z = 就可以計(jì)算出螺線管的磁場(chǎng) Z B . 式中 H K 為霍爾元件的靈敏度 .由于所用數(shù)字電壓表的輸入阻抗為 V R 30 M , 霍爾元件4 如令 H U 表示霍爾電勢(shì)差I(lǐng) 表示流經(jīng)霍爾元件4則有 34 3兩式 %0040. 000000030100100H H H H H =+=+

4、=V R R R UU UU U 式表明完全可以忽略下同 從而大大簡(jiǎn)化測(cè)量步驟 .3測(cè)量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理表 1給出了使用電位差計(jì) 方法一和用數(shù)字電壓表測(cè)量霍爾電勢(shì)差M 第 15卷第 2期段長(zhǎng)虹等(mA -1=0I 20 mA10ð40×= µ-7 H/m備 注H1U H3U Èçͼ2所示 .五邑大學(xué)學(xué)報(bào) 2001年54 B /(10 T -3圖2用 兩 種 方 法 測(cè) 量 通 電 長(zhǎng) 直 螺 線 管 內(nèi) 軸 線 上 的 Z B Z 關(guān) 系 曲 線從圖 2可以看出 螺線管內(nèi)軸線上磁場(chǎng)的均勻區(qū)約在 8.4 cm19.2 cm 之

5、間O 點(diǎn) 坐 標(biāo) 為 =O B 1.421210× T%2T10450. 1T 10450. 1421. 122=××=理 理 O O O O B B B 從 式來(lái)看如實(shí)驗(yàn)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng) 且溫度電壓 霍爾元件的阻抗等條件均會(huì)發(fā)生變化檢流計(jì)靈敏度較低更是產(chǎn)生誤差的重要原因流過(guò)檢流計(jì)的電流若低于 I 值是無(wú)法觀察到的實(shí)際上無(wú)法找到電位差計(jì)的補(bǔ)償點(diǎn)而只能找到一個(gè)補(bǔ)償區(qū)間當(dāng)調(diào)節(jié)電位差計(jì)的讀數(shù)為 1H U 時(shí) 但由于檢流計(jì)的分辨率有限 3端仍有微弱電流 1I 通過(guò)Ù100 =R 為霍爾元件4Ù9 =g R 為檢流計(jì)的內(nèi)阻 .同樣 檢流計(jì)指零3端仍有微 弱電流

6、2I 通過(guò)得且 10412×=I I I -7 AV 105 (5H ×+=I R R U g 式說(shuō)明 就將給測(cè)量結(jié)果帶來(lái) 105H ×=U -5 V 的系統(tǒng)誤 差HHU U 1%.第 15卷第 2期段長(zhǎng)虹等可 定 出 螺 線 管 內(nèi) 軸 線 上 磁 場(chǎng) 的 均 勻 區(qū) 約 在10.419.4 c m 之 間其 坐 標(biāo) 為=O B 14.56310×T%5. 0T10450. 1T10450. 1456. 122=××=理 理 O O O O B B B 比較8使用數(shù)字電壓表測(cè)量霍爾電勢(shì)差 H U 的方法在螺線管中點(diǎn) O 處 分度值為

7、 6.7910×A/分度來(lái)測(cè)量 調(diào)節(jié)困難測(cè)量結(jié)果列于表 2.表 2使用電位差計(jì)(mA -1=0I 20 mA7010ð4×= µH/m備注H1U H3U =O Z 15.0 cm由此可計(jì)算出9 再比較8式1進(jìn)而計(jì)算 出磁感應(yīng)強(qiáng)度 Z B 的分布 . 特別是對(duì)于測(cè)量通電螺線管產(chǎn)生的弱磁場(chǎng) 而且 實(shí)驗(yàn)中 H U 會(huì)有往增大方向的漂移這時(shí)可安排測(cè)量順序如下 ,29 cm, 1 cm,29 cm, 1 cmH U 的漂移對(duì)結(jié)果的影響要小一些本實(shí)驗(yàn)儀器配置的原則是性能價(jià)格比高 . 如果實(shí)驗(yàn)換用常用的輸入阻抗 V R 10 M 的數(shù)字電壓表按照式 56 五邑大學(xué)學(xué)報(bào)

8、 自然科學(xué)版 年 U H UH = UH UH UH = R 100 = = 0.001% R + RV 100 + 10 000 000 使 同樣 數(shù)字電壓表的接入誤差也完全可以忽略. 而國(guó)產(chǎn)的輸入阻抗 RV 10 M 的數(shù)字電壓 表的品種很多 價(jià)格在 500800 元 比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的儀器配置要節(jié)約資金 2000 元左右 用效果要更佳 因此 本實(shí)驗(yàn)介紹的實(shí)驗(yàn)方法具有很好的實(shí)用性和可推廣性. 參考文獻(xiàn) 1 周曉聰.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M . 廣州 廣東高等教育出版社 1996. Measuring Magnetic Induction in Spiral Tubes by Hull Effect D

9、UAN Chang-hong GUAN Xiao-quan (Math. & Phy. Dept., Wuyi Univ., Jiangmen Guangdong 529020, China Abstract: Digital voltmeters, instead of voltage meters and other instruments, are used to measure Hull voltage and then to calculate the axial magnetic induction distribution in charged straight spiral tubes. This method has been proved to be more accurate and stable and thus improves p