霍尔效应测磁场实验报告Word文档格式.docx

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（一）测量通电螺线管轴线上的磁场强度的分布情况，并与理论值相比较；

（二）研究通电螺线管内部磁场强度与励磁电流的关系。

七、实验器材：

霍耳效应测磁场装置，含集成霍耳器件、螺线管、稳压电源、数字毫伏表、直流毫安表等。

八、实验步骤及操作：

（一）研究通电螺线管轴线上的磁场分布。

要求工作电流

和励磁电流

都固定，并让

mA，逐点（约12-15个点）测试霍耳电压

，记下

和K的值，同时记录长直螺线管的长度和匝数等参数。

1．接线：

霍尔传感器的1、3脚为工作电流输入，分别接“IH输出”的正、负端；

2、4脚为霍尔电压输出，分别接“VH输入”的正、负端。

螺线管左右接线柱（即“红”、“黑”）分别接励磁电流IM的“正”、“负”，这时磁场方向为左边N右边S。

2、测量时应将“输入选择”开关置于“VH”挡，将“电压表量程”选择按键开关置于“200”mV挡，霍尔工作电流IH调到5.00mA，霍尔传感器的灵敏度为：

245mV/mA/T。

3、螺线管励磁电流IM调到“0A”，记下毫伏表的读数

（此时励磁电流为0，霍尔工作电流

仍保持不变）。

4、再调输出电压调节钮使励磁电流为

5、将霍耳元件在螺管线轴线方向左右调节，读出霍耳元件在不同的位置时对应的毫伏表读数

，对应的霍耳电压

霍尔传感器标尺杆坐标x=0.0mm对准读数环时，表示霍尔传感器正好位于螺线管最左端，测量时在0.0mm左右应对称地多测几个数据，推荐的测量点为x=-30.0、-20.0、-12.0、-7.0、-3.0、0.0、3.0、7.0、12.0、20.0、40.0、75.0mm。

（开始电压变化快的时候位置取密一点，电压变化慢的时候位置取疏一点）。

6、为消除副效应，改变霍耳元件的工作电流方向和磁场方向测量对应的霍耳电压。

计算霍尔电压时，V1、V2、V3、V4方向的判断：

按步骤（4）的方向连线时，IM、IH换向开关置于“O”（即“+”）时对应于V1（+B、+IH），其余状态依次类推。

霍尔电压的计算公式是V=（V1-V2+V3-V4）÷

4。

7、实验应以螺线管中心处（x≈75mm）的霍尔电压测量值与理论值进行比较。

测量B~IM关系时也应在螺线管中心处测量霍尔电压。

8、计算螺线管轴线上磁场的理论值应按照公式

（参见教材实验16，p.152公式3-16-6）计算，即

，计算各测量点的理论值，并绘出B理论~x曲线与B测量~x曲线，误差分析时分析两曲线不能吻合的原因。

如只计算螺线管中点和端面走向上的磁场强度，公式分别简化为

、

，分析这两点B理论与实测不能吻合的原因。

9、在坐标纸上绘制B~X曲线，分析螺线管内磁场的分布规律。

（二）研究励磁特性。

固定

和霍耳元件在轴线上的位置（如在螺线管中心），改变

，测量相应的

将霍耳元件调至螺线管中心处（x≈75mm），调稳压电源输出电压调节钮使励磁电流在0mA至600mA之间变化，每隔100mA测一次霍耳电压（注意副效应的消除）。

绘制

～B曲线，分析励磁电流与磁感应强度的关系。

九、实验数据及结果分析：

1、计算螺线管轴线上磁场强度的理论值B理：

实验仪器编号：

6，线圈匝数：

N=1535匝，线圈长度：

L=150.2mm，

线圈平均直径：

D=18.9mm，励磁电流：

I=0.500A，霍尔灵敏度K=245mV/mA/T

x=L/2=75.1mm时得到螺线管中心轴线上的磁场强度：

；

x=0或x=L时，得到螺线管两端轴线上的磁场强度：

同理，可以计算出轴线上其它各测量点的磁场强度。

2、螺线管轴线上各点霍尔电压测量值和磁场强度计算值及误差

B、IH

方向

x（mm）

零差

（mV）

-30.0

-20.0

-12.0

-7.0

-3.0

0.0

3.0

7.0

12.0

20.0

40.0

75.0

+B、+IH

0.3

-0.1

0.0

0.4

1.1

2.1

3.3

4.5

5.7

6.5

7.0

7.3

7.4

+B、-IH

-0.4

-0.8

-0.9

-1.4

-2.0

-3.1

-4.2

-5.4

-6.6

-7.3

-7.8

-8.0

-8.1

-B、-IH

0.2

0.3

0.6

1.3

2.3

3.4

4.6

5.8

6.9

7.2

-B、+IH

-0.4

-0.5

-1.0

-1.7

-2.7

-3.9

-5.1

-6.3

-7.1

-7.6

V1（mV）

-0.3

0.1

0.8

1.8

3.0

4.2

5.4

6.2

6.7

7.1

V2（mV）

-1.6

-3.8

-5.0

-6.2

-6.9

-7.4

-7.7

V3（mV）

0.7

1.0

1.7

2.7

3.8

5.0

7.6

7.7

V4（mV）

-0.7

-1.3

-3.0

-7.9

-8.3

VH（mV）

0.33

0.43

0.85

1.53

2.55

3.70

4.90

6.10

6.85

7.33

7.58

7.70

B（mT）

0.27

0.35

0.69

1.24

2.08

3.02

4.00

4.98

5.59

5.98

6.18

6.29

B理（mT）

0.14

0.30

0.68

1.29

2.23

3.20

4.18

5.11

5.73

6.11

6.32

6.37

B-B理（mT）

0.12

0.04

0.01

-0.05

-0.15

-0.18

-0.14

-0.13

-0.09

相对误差

84.3%

14.6%

1.6%

-3.8%

-6.8%

-5.7%

-4.2%

-2.6%

-2.3%

-2.1%

-2.2%

-1.3%

3、不同励磁电流下螺线管中点霍尔电压测量值和磁场强度

零差（IM=0.000A时）：

V01=0.3mV，V02=-0.4mV，V03=-0.4mV，V04=0.3mV

IM（A）

测量项目

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

1.4

2.8

4.3

8.5

2.5

4.0

8.2

-1.5

-4.6

-9.2

-1.1

-5.8

-8.8

1.5

3.1

9.2

1.9

3.5

6.6

9.6

-3.3

-10.0

-3.6

-5.3

-10.3

0.00

1.54

3.08

4.62

6.16

9.24

1.26

2.51

3.77

5.03

7.54

4、螺线管轴线上的磁场强度分布图（注：

理论曲线不是必作内容）

5、螺线管中点磁场强度随励磁电流的变化关系图

6、误差分析：

（只列出部分，其余略）

B理论~x曲线与B测量~x曲线，不能吻合的原因主要是：

（1）螺线管中部不吻合是由于霍尔灵敏度K存在系统误差，可以通过与实验数据比较进行修正。

（2）霍尔灵敏度K修正后，螺线管两端处的磁场强度的测量值一般偏低，原因是霍尔传感器标尺杆越往外拉，就越倾斜，由于磁场没有完全垂直穿过霍尔传感器，检测到的霍尔电压就会下降。

（3）x=-30.0mm处磁场强度的测量值一般偏高，因为这里可能螺线管产生的磁场已经很弱，主要是地磁和其它干扰磁场引起检测到的霍尔电压增大。

十、实验结论：

1、在一个有限长通电螺线管内，当L>

>

R时，轴线上磁场在螺线管中部很大范围内近于均匀，在端面附近变化显著。

2、通电螺线管中心轴线上磁场强度与励磁电流成正比。

十一、总结及心得体会：

1、霍耳元件质脆、引线易断，实验时要注意不要碰触或振动霍耳元件。

2、霍耳元件的工作电流

有一额定值，超过额定值后会因发热而烧毁，实验时要注意实验室给出的额定值，一定不要超过。

3、螺线管励磁电流有一额定值，为避免过热和节约用电，在不测量时应立即断开电源。

4、消除负效应的影响要注意V1、V2、V3、V4的方向定义。

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

霍耳元件在螺线管中移动时，与螺线管间有较大间隙，导致霍尔传感器标尺杆越往外拉，就越倾斜，由于磁场没有完全垂直穿过霍尔传感器，检测到的霍尔电压就会下降，从而带来较大的误差。

可以考虑在霍尔传感器标尺杆拉出时，额外增加一个支架类的支撑装置，使其能沿轴线方向移动。