霍爾效應高斯計

根據霍爾效應原理製成的高斯計（特斯拉計）在測量磁場中，有著廣泛的套用。這種儀器是由作為感測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測量的準確度起著關鍵的作用。霍爾探頭在磁場中因霍爾效應而產生霍爾電壓，測出霍爾電壓後根據霍爾電壓公式和已知的霍爾係數可確定磁感應強度的大小。高斯計的讀數以高斯或特斯拉為單位，高斯是常見非法定計量單位，特〔斯拉〕是法定計量單位。

工作領域

(a)永磁體的表面磁場測量：採用高斯計(特斯拉計)測量永磁產品表面磁場強度，主要是對永磁產品的質量及充磁後磁性能一致性的評估;通常測量中磁體表面中心點的磁場強度進行測量，通過對標準樣品數據進行比較從而判斷產品是否合格，同時也可以保證材料的一致性。
(b)氣隙磁場的測量：採用高斯計(特斯拉計)測量氣磁場的套用比較廣泛，在科研、電子製造、機械等領域均有用到。套用比較典型的行業主要有電機和電聲兩大行業。
(c)余磁測量：如工件退磁後的退磁效果檢測。
(d)漏磁測量：如喇叭漏磁測量。

相關信息

霍爾效應在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現一個電壓，如圖1中的VH，這種現象就是霍爾效應，是由科學家愛德溫·霍爾在1879年發現的。VH稱為霍爾電壓。

這種現象的產生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側偏轉和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。霍爾電場產生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側建立起一個穩定的電壓，這就是霍爾電壓。

在片子上作四個電極，其中C1、C2間通以工作電流I，C1、C2稱為電流電極，C3、C4間取出霍爾電壓VH，C3、C4稱為敏感電極。將各個電極焊上引線，並將片子用塑膠封裝起來，就形成了一個完整的霍爾元件（又稱霍爾片）。(1)或(2)或(3)

在上述（1）、（2）、（3）式中VH是霍爾電壓，ρ是用來製作霍爾元件的材料的電阻率，μn是材料的電子遷移率，RH是霍爾係數，l、W、t分別是霍爾元件的長、寬和厚度，f(I/W)是幾何修正因子，是由元件的幾何形狀和尺寸決定的，I是工作電流，V是兩電流電極間的電壓，P是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可見，在霍爾元件中，ρ、RH、μn決定於元件所用的材料，I、W、t和f(I/W)決定於元件的設計和工藝，霍爾元件一旦製成，這些參數均為常數。因此，式(1)～(3)就代表了霍爾元件的三種工作方式所得的結果。(1)式表示電流驅動，(2)式表示電壓驅動，(3)式可用來評估霍爾片能承受的最大功率。

為了精確地測量磁場,常用恆流源供電,令工作電流恆定,因而,被測磁場的磁感應強度B可用霍爾電壓來量度。

在一些精密的測量儀表中，還採用恆溫箱，將霍爾元件置於其中，令RH保持恆定。

若使用環境的溫度變化，常採用恆壓驅動，因和RH比較起來，μn隨溫度的變化比較平緩，因而VH受溫度變化的影響較小。

為獲得儘可能高的輸出霍爾電壓VH，可加大工作電流，同時元件的功耗也將增加。(3)式表達了VH能達到的極限——元件能承受的最大功耗。

使用注意事項

1)儀器使用在測量狀態時,調零不起作用或測量磁體無讀數,檢查供電電源是否正常,其次檢查感測器是否損壞,接線是否斷裂.檢查表面若無發現不良,則儀器內部出現故障,需供應商進行檢修.

2)感測器切不可受力,撞擊或受擠壓,以免損壞.

3)調零時感測器放置在遠離磁場的地方,否則會造成測量誤差.

4)儀器應避免在不符合使用環境條件下使用.

5)在測量時發現測量數值確實有偏差,可旋開感測器後端的手柄將其中的電位器進行微調以達到正確的測量結果.

維護和維修:

1)不能擅自對高斯計進行修理,拆卸和改造.

2)使用規定範圍內的電源,禁止與規定範圍以外的電源連線.

3)禁止將高斯計及配套感測器掉落地上或給予強烈衝擊.

4)禁止用手觸摸感測器的探頭及先端部位.嚴格禁止對感測器加熱,塗敷粘接劑,貼上膠布等行為.

5)在直射日光,高溫多濕,水,油,粉塵,腐蝕性空氣,震動等場所嚴禁使用高斯計.

6)嚴格遵守使用溫度範圍及保存溫度範圍.

7)禁止避免在高斯計表面出現結露現象(從寒冷的地方急速轉移到溫暖的地方時出現)時使用高斯計.

8)禁止將高斯計放置在產生磁場的機器,特別是充磁機/退磁機/微波爐/焊接機/電機等.

高斯計G100