新型螺线管磁场测定.钟础宇.docVIP

螺线管磁场测定实验 座机电话号码20015 09物基 钟础宇 一．实验目的 1.验证霍耳传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2.测量集成线性霍耳传感器的灵敏度。 3.测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。 4.学习补偿原理在磁场测量中的应用。 二．实验原理 霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，这种现象称为霍耳效应。在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用UH表示。霍耳效应的数学表达式为： 1 其中RH是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。B为磁感应强度，I为流过霍耳元件的电流强度，KH称为霍耳元件灵敏度。 虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用 即B 0 时，UH 0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U0称为剩余电压。 本实验采用SS95A型集成霍耳传感器 结构示意图如图3所示 是一种高灵敏度集成霍耳传感器，它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。对SS95A型集成霍耳传感器，它由三根引线，分别是:“V+”、“V-”、“Vout”。其中“V+”和“V-”构成“电流输入端”，“Vout”和“V-”构成“电压输出端”。由于SS95A型集成霍耳传感器，它的工作电流已设定，被称为标准工作电流，使用传感器时，必须使工作电流处在该标准状态。在实验时，只要在磁感应强度为零 零磁场 条件下，调节“V+”、“V-”所接的电源电压 装置上有一调节旋钮可供调节 ，使输出电压为2.500V 在数字电压表上显示 ，则传感器就可处在标准工作状态之下。 当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与 1 式相似，由 1 式可得： 式中U为集成霍耳传感器的输出电压，K为该传感器的灵敏度，经用2.500V外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值 仪器用mV档读数 。 三．注意事项 1.FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪-电源 以下简称实验电源 ，供电电压交流220V，50HZ。电源插座位于机箱后面。新型电源插座内装0.5A保险丝，可方便保险丝的更换。 2.实验电源分三个部分，面板左面为数字式直流稳流源，用精密多圈电位器调节输出电流的大小，调节精度1mA，电流大小由三位半数字电流表显示；面板右边为四位半电压表，白色拨动开关切换量程0—19.999V和0-1999.9mV。面板中间为直流稳压电源,对应输出接线柱上方是调节输出电压电位器 顺时针调节电压增加 。 3.集成霍耳元件的V＋和V＿不能接反，否则将损坏元件。 拆除接线前应先将螺线管工作电流调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起高电压。 4.仪器应预热10分钟后测量数据。 四．实验仪器 FD-ICH-II新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源；数字电压表组成，仪器连线图如图所示。 螺线管测量磁场仪器连线 五．实验过程 霍耳电势差U与螺线管通电电流关系 1）实验接线如图所示。左面数字直流稳流源的“励磁恒流输出”端接电流换向开关，然后接螺线管的线圈接线柱。右面稳压电源4.8V—5.2V的输出接线柱 红 接霍耳元件的V＋ 即引脚2－红色导线 ，直流稳压电源的 黑 接线柱接霍耳元件的V- 即引脚3－黑色导线 ，霍耳元件的VOUT（引脚1－黄色导线）接右边电压表‘电压输入’的＋ 红 接线柱，电压表的－ 黑 接线柱与直流稳压源的 黑 接线相连。电压表切换到V档 即拨动开关向上拨 。 2）检查接线无误后接通电源，断开电流换向开关，集成霍耳传感器放在螺线管的中间位置 X 16.0cm处 ，调节中间直流电源4.8V—5.2V的输出旋钮，使右边数字电压表显示2.500V，这时集成霍耳元件便达到了标准化工作状态，即集成霍耳传感器通过电流达到规定的数值，且剩余电压恰好达到补偿，U0 0V。 3）仍断开开关K2，在保持“V+”和“V-”电压不变的情况下，把开关K1指向2，调节2.4V—2.6V电源输出电压，使数字电压表指示值为0 这时应将数字电压表量程拨动开关指向mV档 ，也就是用一外接2.500V的电位差与传感器输出2.500V电位差进行补偿，这样就可直接用数字电压表读出集成霍耳传感器电势差的值。 测定霍耳传感器的灵敏度K （1）改变输入螺线管的直流电流，将传感器处于螺线管的中央位置 即X 15.0cm ，测量—关系，记录11组数据，范围在0—500mA，每隔50mA测一次。 （2）用最小二乘法求出—，直线的斜率 和相关系数r。 （