淺析選用高斯計的方法

根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的特斯拉計(高斯計)在測量磁場中，有著廣泛的應(yīng)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(nèi)霍爾元件的尺寸、性能與封裝結(jié)構(gòu)對磁場測量的準確度起著關(guān)鍵的作用。

霍爾效應(yīng)特斯拉計對均勻、恒定磁場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(cè)面。去測量同一磁體表面，同一位置(應(yīng)該說看上去是同一位置)的磁場時，顯示的結(jié)果大不一樣，誤差可以超過20%，甚至50%。

造成上述差別的原因有兩點：其一，不同探頭內(nèi)霍爾元件封裝的位置不同，或元件不在探頭兩側(cè)的中部。這些探頭在均勻磁場中，不會因位置上的改變而感受到磁場的改變，測量數(shù)據(jù)也不會因位置的不同而帶來誤差。當用不同的探頭去測磁體表面發(fā)散的、不均勻的磁場時，雖然表面看上去是放到了同一位置，而內(nèi)部霍爾元件感受到的并不是同一位置的磁場。感受到的場值不同，測量結(jié)果當然不一樣。一般，對于徑向探頭，厚度越小，內(nèi)部霍爾元件離表面越近，測量表面磁場顯示讀數(shù)越大，采用超薄探頭去測表面磁場時的讀數(shù)可以高于常規(guī)探頭20%以上(被測磁體尺寸越小，磁體表面曲率越大，表面磁場分布越不均勻，測量數(shù)據(jù)差別越大)，但是無論多薄的探頭，其內(nèi)部對磁場敏感的部分與磁體表面總有一個間距，不可能為零距離。所以說，不可能測到真正的表面磁場。只能說，使用的探頭越薄，讀數(shù)越能反映出磁體的表面磁場。

原因之二是：不同型號的霍爾探頭內(nèi)，所封裝的霍爾元件敏感區(qū)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4×2L2也有6×3L2、8×4L2、最小為1.5×1.5L2，有效的敏感區(qū)基本上是元件本身的尺寸，面積大。若用這種霍爾元件來對磁力線發(fā)散的小磁體、磁體邊角部分或多極充磁的表磁進行測量。僅能反映出通過該元件表面的磁感應(yīng)強度的平均值。此值必定小于該區(qū)域的最大值。如果改用敏感區(qū)的小霍爾元件，如砷化鎵霍爾元件，其敏感區(qū)的有效面積約為0.1×0.1～0.2×0.2L2遠遠小于體形元件的面積。這種元件就更能反映出表面磁場的場分布，所測到的最大值也更接近該區(qū)域的最大磁感應(yīng)強度實際值。

由前面的分析可以看出，表面磁場的實際值(即真實值)用霍爾效應(yīng)法是根本不可能測到的。也就是說不可能找到、建立一種統(tǒng)一的，共同的表面磁場的量值標準。只能去謀求測出更加接近表面磁場實際值的方法。

對用霍爾效應(yīng)法測量磁體表面磁場的探討--高斯計如何選擇探頭

一、永磁測量儀器

永磁測量儀器是用于各種永磁磁性材料磁性能參數(shù)測量的專用儀器。我們通常用到的儀器有：高斯計(特斯拉計)、B-H磁滯回線儀等。磁通計

1、高斯計(特斯拉計)：用于測量各種永磁體表面磁場強度及氣隙磁場強度。

2、磁通計：用于測量永磁體的感應(yīng)磁通量。

3、B-H磁滯回線儀：用于測量永磁材料Br、Hcb、Hcj、BHmax等磁性能參數(shù)，可自動繪制磁滯回線和退磁曲線。

二、高斯計(特斯拉計)

1、高斯計(特斯拉計)的種類分類：指針式、數(shù)字式、便攜式。

2、高斯計(特斯拉計)的應(yīng)用

(a)永磁體的表面磁場測量：采用高斯計(特斯拉計)測量永磁產(chǎn)品表面磁場強度，主要是對永磁產(chǎn)品的質(zhì)量及充磁后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(shù)據(jù)進行比較從而判斷產(chǎn)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：采用高斯計(特斯拉計)測量氣磁場的應(yīng)用比較廣泛，在科研、電子制造、機械等領(lǐng)域均有用到。目前應(yīng)用比較典型的行業(yè)主要有電機和電聲兩大行業(yè)。

(c)余磁測量：如工件退磁后的退磁效果檢測。

(d)漏磁測量：如喇叭漏磁測量。

(e)環(huán)境磁場測量

3、高斯計(特斯拉計)選型：高斯計(特斯拉計)的選型首先應(yīng)從測量對象入手，考慮以下幾個方面：

a、磁場類型：磁場分為直流磁場和交流磁場兩種，永磁材料磁場強度應(yīng)選用直流高斯計測量;

b、儀器量程：明確被測對象的大概磁場范圍，選擇儀器的量程范圍應(yīng)大于被測量磁場;

c、測量精確度：指儀器的分辨率，如分辨率是1Gs或者0.1Gs等;

d、探頭選擇：通常儀器生產(chǎn)廠家的測試探頭都有多種不同規(guī)格，以滿足各種不同測試要求，測量表面磁場強度通常不需要考慮探頭規(guī)格。

①氣隙磁場測量：應(yīng)訪考慮探頭的尺寸大小，如探頭尺寸大于被測氣隙，則無法進入到被測的氣隙中，從而無法使用;

②探頭方向選擇：探頭方向分橫向和軸向兩種，用戶在探頭選擇時應(yīng)根據(jù)被測對象考慮選擇適應(yīng)的探頭;

③探頭連接線：儀器生產(chǎn)廠家探頭線纜的長度通常是固定的，如有特殊測量要求，需延長或縮短探頭線時，應(yīng)向廠家提出。高斯計

e、供電方式：臺式高斯計通常采用交流220V供電，便攜式高斯計采用電池供電。

f、功能選擇

①常規(guī)功能：極性判斷、最大值鎖定等;

②便攜性：如需戶外操作或現(xiàn)場測量，可選擇便攜性較好的掌上高斯計(便攜式)，此類儀器體積小，重量輕，采用電池供電;

③生產(chǎn)線快速測量：儀器具有上、下限設(shè)置及報警功能;

④交流磁場測量：用于測量低頻(1—400Hz)交變磁場強度的大小;

三、磁通計

磁通計一般是直接測量探頭線圈的磁感應(yīng)通量，使用較多的是配以霍姆赫茲線圈，此種方法多是與標準樣品進行比較，進而進行產(chǎn)品的合格性判定。

磁通計使用之前，一定要按照要求進行預(yù)熱，使用中要調(diào)整好積分漂移，使漂移量在規(guī)定的范圍之內(nèi)。每次測量之前要重定清零，釋放掉積分電容的殘留電荷或漂移積分電荷。

當磁體的磁路閉合時，可以使用磁通計測量、計算剩磁，具體計算方法是：Br=Φ/N/S式中：Φ--磁通量;N--線圈匝數(shù);S--磁體橫截面積。

應(yīng)用磁通計進行產(chǎn)品的合格性檢驗時，被測樣品和線圈的相對位置一定要與標準樣品的和線圈的相對位置相同。如果產(chǎn)品的性能范圍有嚴格的要求，應(yīng)保存上限性能的產(chǎn)品、下限性能的產(chǎn)品，以進行檢驗定標、檢驗。