Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Первичные преобразователи Холла
Рассмотрим прямоугольную пластину из полупродника с электронной проводимостью и длиной , значительно большей ширины и толщины (Рис.1). К торцам пластины в направлении оси , посредством контактных электродов приложено напряжение . Под действием этого напряжения протекает ток . При отсутствие вертикальной компоненты индукции магнитного поля ( ), плотность тока по сечению пластины (в плоскости XY) . При этом линии равного потенциала строго параллельны оси Y и разность потенциалов на измерительной электродах (их называют еще Холловскими электродами) (Рис.2.3).
Рис.2.2 Рис.2.3. Если , то перемещающиеся электроны под действием магнитной составляющей силы Лоренца ( ) будут отклоняться к одной из сторон пластины, и на измерительных электродах возникнет разность потенциалов , которая называется ЭДС Холла. В скалярной форме . Учитывая, что , а ток , где - скорость направленного движения носителей, - концентрация носителей, - их заряды. Картина линий плотности тока и эквипотенциальных линий при показана на рис.2.3. Отклонение линий плотности тока от направления ОХ будет происходить до тех пор, пока электрическая составляющая силы Лоренца не уравновесит магнитную составляющую силы Лоренца , откуда . Тогда ЭДС Холла . Датчик Холла является компонентно-ориентированным. ЭДС Холла максимальна, если измеряемое поле направлено вдоль оси Z. При электронной проводимости полупроводника , где – концентрация электронов. Поэтому и , где - коэффициент Холла. Коэффициент Холла может быть выражен через подвижность носителей заряда и удельную электропроводимость s в виде . Знак коэффициента Холла совпадает со знаком носителей заряда. В качестве полупроводниковых материалов, в которых эффект Холла проявляется наиболее сильно, применяют кремний ( ), германий ( ), антимонид ( ) или арсений индия ( ). Для данных материалов значение коэффициента Холла и подвижность носителей заряда приведены в табл. 2.2. Таблица 2.2. Коэффициент Холла и подвижность носителей заряда
Величина - называется чувствительностью датчика Холла. Размеры преобразователей Холла достаточно малы. Полупроводниковые пластины имеют толщину порядка 10 –0 мкм и изготавливаются путем шлифования с последующим приклеиванием к фарфоровой подложке или напылением на подложку из слюды. Принципиальная схема магнитометра компенсационного типа с датчиком Холла показана на рис. 3, где Е1 и Е2 – источники постоянного тока, r1 и r2 – резисторы, G- гальванометр, ДХ- датчик Холла, mA- миллиамперметр. ЭДС Холла компенсируется падением напряжения на части калибровочного сопротивления r2, через которое протекает постоянный ток. Рис.2.4. Максимальная чувствительность современных датчиков Холла доходит до 5 В/Тл. Порог чувствительности в настоящее время имеет значение полрядка 10 мкТл. Основные достоинства датчиков Холла следующие: 1) это статический элемент, не требующий для регистрации магнитной индукции перемещения или вращения; 2) это компонентно-ориентированный преобразователь позволяет измерять проекции вектора индукции магнитного поля на заданное направление; 3) малые габаритные размеры (0.5´ 0.5мм2 у кристаллических и 10´ 10 мкм у пленочных датчиков), позволяющие выполнять измерения в очень малых отверстиях и зазорах; 4) линейная зависимость (в больших диапазонах) выходного напряжения от управляющих величин (индукции измеряемого поля и тока); 5) простая зависимость выходного напряжения от произведения двух входных величин; 6) широкий частотный диапазон (теоретически от 0¸ 1012Гц); 7) маломощное питание; 8) практически неограниченный срок службы. К числу основных недостатков относятся: 1) сложная технология изготовления (практически невозможная в лабораторных условиях); 2) большой разброс параметров в пределах одной партии; 3) зависимость коэффициента Холла и сопротивления от температуры и как следствие нестабильность нуля; Рекомендуемая область применения преобразователей Холла – измерение средних и сильных постоянных магнитных полей и переменных полей в области звуковых частот в диапазоне 10-2-10 Тл. Малогабаритные размеры позволяют использовать преобразователи Холла в щелях от 0.1 мм. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-17; Просмотров: 499; Нарушение авторского права страницы