圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場

1、圓線圈和亥姆霍玆線圈的磁場碾場測量是感測量巾最基本的容，最常用的測量方法有三種；感應(yīng)法、核磁 共振法和霍爾效應(yīng)法。本實騎要求學(xué)生用霍爾效應(yīng)法測量載流亥姆霍茲線圈的感 感應(yīng)強度沿軸線的分布。實驗?zāi)康? 掌握弱魏場測量原3HM何用集戒霍爾傳感器測量龜場的方法。2. 驗證儲場迭加原理。3. 學(xué)習(xí)亥姐霍茲線圈產(chǎn)生均價龜場的特性。實驗原理一、圓線圏我流岡線圈在軸線(通11冏心并與線圈平面垂直的直線)上磁場悄爲如圖所示。圖載流圓線圈及其磁場分布軸線外的磁場分布悄況較夏雜,這里簡略。二、亥姐霍玆線圈亥姆霍茲線圈是一對彼此平行目連通的形線圈，毎一線圈匝，兩 線圏的電流方向一致,大小相同,線圈之間距離正好等于圓

2、形線圈的平溝半徑 R。其軸筑上磁場分布悄況如圖所示，虛線為單線圈在軸線上的儲場分布 悄況。送種線圈的特點是能在其公共軸線巾點附近產(chǎn)生較廣的均勻腕場區(qū)，故在 生產(chǎn)和科研中有較大的實用價值，也常用于弱磁場的廿量標準。設(shè)x為亥姐霍茲線圈中軸線上某自離中心自0處的距離，則亥姆霍茲線圏軸線上任一點的磁感應(yīng)強度大小為疋+(R 2 -3/2+疋+(R 、-X卄 3/2<7 J<2丿(3.14.3)在亥姐霍弦線圈軸線上中心0處嬤感應(yīng) 強度大小B（；并 8；=釘晉（3.14.4）三、雙線圏若線圈間距不等干用。設(shè)X為毀線團中軸筑上某點離中心點0處的距離，則雙線圏軸線上任一點的磁感應(yīng)強度大小B”為圖3.

3、 14. 2亥姐霍茲鏡圈及其磁場分布B"»NEEL霍爾傳感器1 霍爾傳感器(3.14.5)+臣+j<2 ).ifi年來，在科研和工業(yè)中，集成霍爾傳感器被廣泛應(yīng)用于磁場測量，它測量 靈敏II高,休枳小，易干在厳場中移動和定位。本實驗用SS95A里集成霍爾傳 感器測量教流loia場分布，其工作原理也基于霍爾效應(yīng)。本實驗釆用的SS95A塑集成霍爾傳感器由霍爾元件、放大器和薄膜電阻剰余 電壓補償器組成，測量時輸岀信號大，剌余電壓的影啥已被消除。一般的霍爾元 件有E1根引線，兩根為輸入霍爾元件電流的“電流輸入端”；另兩根為霍爾元件 的“霍爾電壓輸岀常” o本實驗在設(shè)廿安裝時，傳

4、感器、IOBI的工作回路相互 獨立，并且傳感器的工作電流已設(shè)定為標準工作電浦（定值）。即K4KI常數(shù)） 則有：U廠KB,其中為常Ho 2樣U與3建立簡單的正比對應(yīng)關(guān)系，由U 值可得出8的示值。實驗儀器FD-HM-n里隨場測定儀，高靈特it,數(shù)字式直流穩(wěn)流電溫。實騎裝置見圖3, FD-HM-n塑騷場測定儀由lOSfn亥姆霍玆線圈實驗平 臺（StSW個冏線in、19定夾、不銹厠直尺、i目尺）、高靈特廿和數(shù)字式 I流隱流電源等組成。I210 A B CD65 43879圖3 FD-HM-n型磁場測定儀lx亳特斯拉計2、電流表3、直流電流源4.電流調(diào)節(jié)旋鈕5.調(diào)零旋鈕6.傳感器插頭9、XX石 10.線

5、圈7、固定架8.霍爾傳感器As B、C、D為接線柱1實驗平臺兩個線|!|各500匝，冏線圈的徑19.00cm、外g 21,00cm.平均半徑卍10.00cm.。實驗平臺的臺面應(yīng)在兩個對稱Hl線圏軸線上(臺面中心橫刻線與 兩個對稱圓線BS軸線重合)，臺面上有相間1.00cm的均勻網(wǎng)榴線。2高靈敏度毫特it它果用兩個參數(shù)相同的SS95A里集成霍爾傳感器，配對組成探測器，經(jīng)信 號放大后,用三位半數(shù)字電壓表測量探測器輸出信號。該儀器量程0-2.000mT, 分辨率為1xlO"T3數(shù)字式直流穩(wěn)滾電源它由直浦穩(wěn)流電源、三位半數(shù)字式電流表組成。當兩線BI串接時，電源輸岀 電流為50-200mA連續(xù)

6、可嗚；當兩線圈并接時，電源輸岀電流為50-400mA連續(xù) 可調(diào)。數(shù)字式電流表顯示輸岀電流時應(yīng)注克：開機后，應(yīng)至少碩熱10分鉀，才進行實驗。(2)每測量一自脫感應(yīng)強度值，換另一位置測量時，應(yīng)Bi開線圈電路，在電 流為零時調(diào)零，然后接通線圈電路，進行測量和讀數(shù)，調(diào)零的作用是抵消地憶場 的影響員對其它不穩(wěn)定因素的補償。實驗容一、測量前準備連接電路按圖3,接通電訴，開機預(yù)熱10分押以上。用餡尺和拠極尺調(diào)整 兩線圈位置，使兩線圈共軸目軸線與臺面中心橫刻線重合，MSlilffi離為 /?=10.00cm（線囲半徑），即組成一個亥姆霍玆線圈。二、單線團軸筑上各點憶感應(yīng)強度的測量1單線圈刀軸線上各點的儲感應(yīng)強

7、度乞按圖接線（直流穩(wěn)流電源中數(shù)字電流表已串接在電源的一個輸出常），只給 單線圈刀通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)旋紐，令電流/為100mAo取臺面中心為坐標原點 0、通11 0的橫刻線為0丫軸。把傳感器探頭U-fflliS OY軸務(wù)動，毎I? 3 1.00cm 測一磁感應(yīng)強度d，測岀一系列與坐標x對應(yīng)的施感應(yīng)強度乞，數(shù)據(jù)填人表格 中。測量區(qū)域為-10cm - /10cmo表1單線圏刀軸線上各點的礎(chǔ)感應(yīng)強度必X ( cm )-10-9-8-7-6-5-4Ba ( mT)X ( cm )-3-2-10123Ba ( mT)X ( cm )45678910Ba ( mT)實驗中，應(yīng)注恵毫特廿探頭油線圈軸線務(wù)動，每

8、測量一個數(shù)據(jù)，必須先在直流電流輸岀電路斷開時（上0）調(diào)零后，才測量和記錄數(shù)據(jù)。2單線圈力軸線上各戊的龜感應(yīng)強BEE,只給單線圈力通電，旋轉(zhuǎn)電流涮節(jié)旋紐，令電流/為100mAo以上述同樣的測量方法，測岀一系列4禺數(shù)并將數(shù)據(jù)填入表格巾。測量區(qū)域為-10cm¥-10cmo表2單線圈力軸線上各點的腕感應(yīng)強廈EX ( cm )-10-9-8-7-6-5-4Bb ( mT)X ( cm )-3-2-10123Bb ( mT)X ( cm )45678910Bb ( mT)3 在軸線上某點轉(zhuǎn)動毫特計探頭，觀察一下該點腕感應(yīng)5818的方向:轉(zhuǎn)動探頭觀測毫特廿的讀數(shù)值，讀數(shù)最大時傳感器法線方向，即是該

9、點脫感應(yīng)強度方向。三. 雙線圈軸線上各點憶感應(yīng)強度測量1令兩線圈串連，浦過的電滾方向一致（紅黑接踐fit交錯相接）,組成亥姐 霍弦線圈。然后，6H專電流調(diào)節(jié)旋紐，在同樣電I l=100mA條件下，測軸裁上 各點的磁感應(yīng)強度匕值測量方法同上。得出的一系列XBr數(shù)尿填人表格 中。測量區(qū)域為-10cm-10cmo用直角坐標奴，在同一坐標系作BR -X B廠X、Bb -X Ba + B -XEl條曲線，考察Br _X驛削"曲線，驗jjf騷場 疊加原理.表3測雙線圈軸線上各點的磁感應(yīng)強度匕值X ( cm )-10-9-8-7-6-5-4BR ( mT)X ( cm )-3-2-10123Br

10、( mT)X ( cm )45678910BR ( mT)3用貞係坐標奴，在坐標系作Br-X、B%_X、- X三條曲線，證明譙 場疊加原理。注意事項1 注恵霍爾傳感器的故置方法。由于磁感應(yīng)強度B是矢量，測量過程中，傳 感器沿軸筑放置時，毫特it可能指示負値，這里為了便于比較、騎ME疊加原理， 貌一取其絕對值。2在涮節(jié)兩線圈時，應(yīng)注恿兩線團是否共軸、軸線是否與臺面中心橫刻筑重 合。為了便于判斷，這里給岀判斷依據(jù)(僅俱參考)：(1 )單線圈 3值應(yīng)關(guān)于單線圈的中心& ( fflJb )左右對稱；若以亥姆霍 弦線圈軸線的中心點為坐標原點，則點=0.314 mT5=0.111 mT=0.225 mT(2)雙線圏 3值應(yīng)關(guān)干雙線圈的中臨自左右對林；若以雙線團軸線的中心點為坐標原點,則有雙線圈更離為/?時：=0.450 mTo=O.278 mT 0=0.425 mT雙線囲距離為用2時：5>=0.573mT5o=0.237 mT 2=0.448 mT雙線圈距離為2/?«：8=0.222 mT&=0.342 mT $=0.278 mT實測數(shù)據(jù)上下不應(yīng)趙岀上if值的3% (為儀器允許誤差)。3兩線圈采用串接或并接與電源相