對用霍爾效應(yīng)法測量磁體表面磁場的探討

　　內(nèi)容簡介：本文定性分析了用霍爾效應(yīng)法不可能真正測出表面磁場量值的原因，及介紹一種比較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的測量小磁體表面磁場的方法。

　　根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）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(jī)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(zhǔn)確度起著關(guān)鍵的作用。

　　霍爾效應(yīng)特斯拉計(jì)對均勻、恒定磁場測量的準(zhǔn)確度一般在5%—0.5%，高精度的測量準(zhǔn)確度可以達(dá)到0.05%。但對磁體表面的非均勻磁場的測量就談不上準(zhǔn)確度了。往往是不同的儀表，或同型號(hào)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(shí)，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(diǎn)：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(huì)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(huì)因位置的不同而帶來誤差。當(dāng)用不同的探頭去測磁體表面發(fā)散的、不均勻的磁場時(shí)，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(dāng)然不一樣。見不同磁體磁場示意圖。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(shí)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(gè)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(hào)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