вход Вход Регистрация



Гальваномагнитные преобразователи (ГМП) основанные на физических эффектах, которые возникают в тех твердых телах, которые находятся в магнитном поле при движении в них заряженных частичек. Как измерительные преобразователи (ГМП) практическое применение нашли главным образом полупроводнику ГМП, основанные на использовании эффектов Холла и Гауса. Эффект Холла состоит в возникновении поперечного различия потенциалов (е.р.с. Холла) на боковых гранях пластины, а эффект Гауса, или магниторезистивный эффект, оказывается в изменении электрического сопротивления пластины. Оба эффекты обусловлены изменением траектории движения заряженных частичек в магнитном поле, возникают одновременно и связанные между собой так, что каждый из них приводит к ослаблению другого. Выбирая определенным чином конструкцию и состав материала преобразователя, можно усилить один из эффектов и ослабить другой, создавая таким образом преобразователи Холла, или магниторезистивные преобразователи.

Преобразователь Холла является четырехполюсником, который за обычай изготовляется в виде тонкой пластинки или пленки из полупроводникового материала. Токовые электроды 1 и 2 (рис. 9-1) выполняются по всей ширине поперечных граней, которая обеспечивает равномерное распределение входного тока по сечению преобразователя. Потенциальные (Холловые) электроды 3 и 4 расположены в центральной части продольных граней.

Рис.34

 

В магнитном поле носителе заряда под действием сил Лоренца F = еvВ меняют свою траекторию, вследствие чего на одной из боковых граней концентрация зарядов одного знака увеличивается, тогда как на противоположной грани — уменьшается. Возникающее при этом различие потенциалов (е.р.с. Холла) определяется формулой:

Eхл = Rхл φ (Kгеом, θ) IВ соs α/d

где Rхл — стала Холла, зависимая от свойств материала преобразователя;

φ (Kгеом, θ) — функция, зависимая от геометрии преобразователя и так называемого угла Холла θ между векторами плотности тока и напряженности электрического поля что вызывает его, которое визначаэться подвижностью носителей зарядов и значением магнитной индукции

α- угол между вектором магнитной индукции и магнитной осью преобразователя, совпадающей в первом приближении с нормалью к плоскости преобразователя.

Исходная величина преобразователя Холла, как видно из уравнения , пропорциональная произведению двух входных величин — тока и магнитной индукции. Таким образом, преобразователь Холла является множительным преобразователем.

Динамические характеристики преобразователей Холла. Время установления е.р.с. Холла характеризуется временами релаксации τ = ε/γ, где ε — диэлектрическая проницаемость, γ — удельная проводимость материала преобразователя. Для часто используемых материалов τ=10-11÷10-13 c, поэтому постоянная Холла частотно-независимая при частотах до 1011 Гц. Межэлектродные емкости у преобразователей Холла составляют единице пикофарад, поэтому их влияние обозначается при частотах порядка десятков и сотен мегагерц. Однако при работе в сменных магнитных полях возникают некоторые явления, которые ограничивают частотные свойства датчиков Холла.

 


Датчики Холла широкое применение нашли в приборах для измерения постоянных токов, начиная от единиц до десятков килоампер. На рис.35 приведенный общий вид датчика тока на основе эффекта Холла на ток 2000 А.

 

Рис.35

 

С точки зрения метрологии датчикам Холла как элементам измерительных систем присущий следующие виды погрешностей :

· Погрешность нуля .Этот вид погрешности обусловленный дрейфом остаточного напряжения и есть одной из составных погрешности, которые тяжелее устраняются. Погрешность нуля является основной характеристикой, которая определяет возможность применения преобразователей Холла для измерения слабых магнитных полей .

· Погрешность линейности . Погрешность линейности определяет отклонение исходной величины от линейной зависимости при равномерному изменению индукции. В диапазоне от 0 до 10 Тл нелинейность может составить 1÷10 %. Малую погрешность линейности (0,2)% при магнитной индукции до 1 Тл имеют датчики из арсенида-фосфида индия (Inasp).

· Погрешность от собственного магнитного поля датчика. Этот тип погрешности определяется конструктивными особенностями датчика, который приводит к асимметрии магнитного поля.

· Погрешность направленности, обусловленная пространственным расположением датчика по отношению к вектору магнитной индукции.

· Временная стабильность.

· Температурная погрешность, которая для лучших видов составляет (5÷10) 10-5 К-1..

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру