Измерительные приборы в электрических, измерениях____________
Другой способ интерпретации последствий короткого замыкания элемента Холла состоит в следующем: противодействующее электрическое поле Е, которое препятствует отклонению носителей заряда магнитным полем внутри элемента (в направлении от одного вывода, где появляется эдс Холла, к другому), становится (приблизительно) равным нулю из-за внешнего короткого замыкания. Это приводит к значительно более сильному отклонению носителей заряда в элементе. Средняя длина пути носителей становится больше, что приводит к увеличению количества взаимодействий с кристаллической решеткой; сопротивление, измеренное между токовыми выводами элемента Холла, становится больше. Очевидно, что магнитосопротивление элемента Холла максимально при коротком замыкании. По существу, возможны два способа реализации эффективного короткого замыкания. Один из них предусматривает применение датчика в форме диска (диск Corbino), у которого один вывод размещается на периферии диска, а другим выводом является металлизированный центр диска (см. рис. 3.20). Другой способ состоит в создании электрической схемы, состоящей из большого числа последовательно соединенных элементов Холла с большим отношением длины к ширине. Как показано на рис. 3.20, каждый отдельный элемент создает напряжение, равное эдс Холла.
Как эффект Холла, так и магниторезистивный эффект являются гальваномагнитными эффектами. Общим у этих эффектов является то, что они проявляются в отношении носителей тока при наличии магнитного поля. Как мы видели выше, в основном, эти гальваномагнитные эффекты являются результатом действия сил Лоренца на носители заряда в магнитном поле.
Магниторезистивные датчики часто называют датчиками магнитных полей или датчиками Гаусса. Их недостатком является наличие температурной зависимости. Вот в качестве примера параметры датчика Гаусса, применяемого для измерения поля: материал InSb, NiSb, R(0) = 50 Ом±20% Температурный коэффициент R(B) зависит от В: при В = 0 Тл он равен -2x10-3 К-1 , а при В = 1 Тл его величина равна 6х10-3 К-1.
|
|
|
Рис. 3.20. Зависимость сопротивления R(B) магниторезистивных датчиков различной формы от индукции В. |
Элементы Холла часто применяются для измерения магнитных полей. На рис. 3.21 (а) показано, что линейность зависимости V= V(B) можно повысить, подключая резистор Rt к выводам элемента Холла, на которых появляется
3.2 Входные преобразователи
напряжение. Эта линеаризация возможна потому, что внутреннее сопротивление Rі источника эдс Холла зависит от величины индукции В, как показано на рис. 3.21(b). Это частично следует из эффекта Гаусса, являющегося результатом появления токопроводящих дорожек с каждой стороны от токовых выводов элемента Холла, из-за которых происходит короткое замыкание сторон элемента Холла.
Обычно в элементе Холла клеммы, на которых возникает напряжение, расположены не точно одна против другой. Это приводит к появлению ненулевого выходного напряжения даже в том случае, когда индукция В равна нулю. Величина этой ошибки смещения нуля, так называемой омической ошибки смещения нуля, пропорциональна значению тока I. Поэтому обычно ошибка нуля компенсируется напряжением, величина которого зависит от тока I. Если ток I равен нулю и элемент Холла помещен в переменное магнитное поле, то снова, как правило, выходное напряжение будет отлично от нуля. Переменное поле индуцирует эдс в контуре, образованном проводами, подключенными к клеммам элемента Холла, с которых снимается напряжение. Эта эдс называется индуктивной ошибкой смещения нуля. Путем скручивания проводов эту ошибку смещения нуля можно минимизировать.
Приведем в качестве примера параметры элемента Холла: материал InAs; чувствительность 60 мВ/Тл при заданном токе 100 мА; температурный коэффициент чувствительности —10-3 К-1 ; внутреннее сопротивление Ri =1,5 Ом при В = 0 Тл, сопротивление нагрузки Rl для обеспечения линейной характеристики V(B) равно 6 Ом, нелинейность меньше 1% в диапазоне значений индукции В от 0 до 1 Тл.
Очевидно, что элемент Холла позволяет измерять статические магнитные поля без каких-либо движущихся или вращающихся деталей. Элемент Холла удобен также для высокочастотных измерений; у него широкий частотный диапазон (превышает несколько ГГц). К тому же, искажение магнитного поля, вызванное присутствием элемента Холла, очень мало. Кроме непосредственного измерения магнитных полей, элементы Холла часто применяются для измерения больших постоянных токов и в качестве токовых
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
