Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Лабораторная работа №2



2018-07-06 498 Обсуждений (0)
Лабораторная работа №2 0.00 из 5.00 0 оценок




ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ДАТЧИКА

Цель работы - изучение принципа действия, применения и основных характеристикдатчиков Холла; исследование характеристик постоянных магнитных полей различных конфигураций.

2.1. Объекты исследований

Постоянные магниты различной конфигурации (выбор объекта производится преподавателем).

2.2. Теоретические сведения

2.2.1. Магнитные свойства вещества

Ток, протекающий по проводнику, создает вокруг проводника магнитное поле. В этом поле на заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле, действует сила Лоренца , где В—индукция магнитного поля. Характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В и напряженность магнитного поля Н - векторная величина, не зависящая от магнитных свойств среды. В вакууме Н=В/ μ0 (в системе СИ), где μ0– магнитная постоянная.

Индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме. Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью: μ=В/В(вак.).

Магнитные свойства веществ определяются магнитными свойствами атомов или элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов), входящих в состав атомов (в основном электронов). Спиновые поля электронов и магнитные поля, обусловленные их орбитальными движениями, и определяют широкий спектр магнитных свойств веществ. Вещества, у которых μ>1 называются парамагнетиками. Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками(μ>>1).Магнитная проницаемость μ ферромагнетиков не является постоянной величиной; она сильно зависит от индукции B0 внешнего поля. Типичная зависимость магнитной индукции от напряженность магнитного поля (кривая намагничивания) ферромагнетика приведена на рис.2.1. При уменьшении магнитной индукции внешнего поля до 0 ферромагнетики сохраняют некоторую остаточную намагниченность. Для размагничивания необходимо изменить направление внешнего магнитного поля на противоположное.


Рис.2.1. Кривая намагничивания ферромагнетика.

 

Ферромагнитные материалы делятся на две большие группы – на магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитожесткие материалы сохраняют в значительной мере свою намагниченность и после удаления их из магнитного поля. Магнитожесткие материалы используются в основном для изготовления постоянных магнитов.

2.2.2. Эффект Холла

Движущиеся в магнитном поле электрические заряды под воздействием силы Лоренца изменяют свою траекторию.

Если в магнитное поле поместить пластину с током, направление которого перпендикулярно вектору магнитной индукции, то под действием силы Лоренца движущиеся заряды будут отклоняться от направления тока, и на противоположных гранях пластины будут скапливаться заряды разных знаков. Накапливание зарядов будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. В результате, на соответствующих сторонах пластины появится разность потенциалов — ЭДС (напряжение Холла), что показано на рис.2.2.

Рис.2.2. Возникновение разности потенциалов на чувствительном элементе датчика Холла.


Величина ЭДС Холла определяется формулой или ,где d—ширина пластины, q—заряд частицы-носителя, n—концентрация носителей,I—ток, протекающий через пластину, K—коэффициент, зависящий от материала пластины и её размеров.

Из приведённого соотношения следует, что измеряемый милливольтметром сигнал пропорционален магнитной индукции МП и плотности электрического тока, протекающего в пластине. Следовательно, характеристика преобразования датчиков Холла линейна (как правило, в пределах 1%) практически во всём диапазоне измерений.

Поскольку напряжённость и магнитная индукция МП - векторные величины, показания датчика зависят от ориентации пластины относительно направления МП, а также от неравномерности самого МП. Для того, чтобы полнее охарактеризовать МП, необходимо представить его параметры в трёх пространственных координатах.

Так как напряжение Холла пропорционально величине индукции магнитного поля, то эффект широко используется для измерения параметров магнитных полей. По величине и знаку напряжения в магнитном поле с известными параметрами определяют концентрацию и знак носителей тока.

2.3. Датчики Холла (ДХ)

При снижении концентрации носителей ЭДС Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний и арсенид галлия, так как они обладают относительно невысокой концентрацией собственных носителей заряда. Напряжение Холла, создаваемого на пластине полупроводника (чувствительного элемента), как правило, требует усиления, поэтому датчики Холла, кроме чувствительного элемента, содержат схемы усиления в интегральном исполнении. Датчики также могут содержать схемы обработки сигналов и схемы компенсации нежелательных эффектов, например, тензоэффекта, влияющие на метрологические характеристики. Все эти схемы выполняются на одном кристалле и смонтированы в одном корпусе.

Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности.

а
б
Рис.2.3. Эквивалентная схема и преобразовательная характеристика линейного датчика Холла

Преимущества датчиков Холла: электрический сигнал на выходе, малые размеры, простота использования.

Датчики в зависимости от схем обработки сигнала и характеристики преобразования делятся на линейные и логические. В работе используется линейный ДХ (рис.2.3).

2.4. Оборудование и приборы для выполнения ЛР

В лабораторной работе используют измерительное устройство, содержащее:

Измерительный щуп с датчиком Холла или измерительный щуп с двумя датчиками Холла продольным и поперечным;

Блок питания;

Мультиметр для измерения выходного сигнала датчика;

Коммутационную коробку, служащую для электрического соединения перечисленных выше компонентов.

Измерительное устройство схематично изображено на рис. 2.4.>

Рис.2.4. Измерительное устройство: 1 – коммутационный блок; 2 – место установки разъема блока питания; 3 – клеммы выходного напряжения: 4 – переключатель датчиков; 5 – датчики Холла; 6,7 – зонды с датчиками; 8 – разъем; 9 – кабель.

Измерительные щупыс твердотельными полупроводнико­выми датчиками (преобразователями) Холла производства фир­мы Honeywell типа SS59Е биполярными, с аналоговым выходом. Характеристика преобразователей (микросхем) SS59Е приве­дена в табл. 2.1.

 

Таблица2.1



2018-07-06 498 Обсуждений (0)
Лабораторная работа №2 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: Лабораторная работа №2

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы...
Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (498)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.01 сек.)