通过适当的探头定位提高磁测量的准确性

时间:2023-02-22
    现在,永磁体和电磁体比以往任何时候都在当今的应用中发挥着至关重要的作用。从高性能电动机到磁性纳米机器以及高可靠性执行器和传感器,且可重复的磁场感应对于这些设计的成功至关重要。
    霍尔效应传感器系统(例如特斯拉计)非常准确,可以提供从低于 1 μT 到远远超过世界上功率超导磁体强度的广泛可测量场。与任何精密测量仪器一样,准确性取决于正确使用以确保其提供始终如一的高水平性能。
    在磁场内正确定位探头将大大提高磁测量的准确性。因素包括:
    角度对齐,包括分析场矢量与传感器平面的角度
    传感器在磁场中的位置,需要了解传感器在探头中的位置以及要测量的可能场分布
    探头类型,包括 3 轴探头的作用
    通过探头对准夹具获得一致性
    角度对齐

    霍尔传感器输出随场矢量与传感器平面的角度而变化。当磁场垂直于设备时,输出。图 1显示了当传感器不垂直于磁场时遇到的错误。

    由于角度偏差导致的测量变化图示图 1角度偏差可能导致测量值下降。
    磁场内的探头放置

    磁场强度在一个小区域内可能变化很大,特别是在非常靠近磁场源的地方进行测量时。重要的是要认识到传感器位于探头内部的某个位置(图 2),并且将该位置的场,而不是探头表面的场。

    传感器位置与探头的对比图图 2传感器的位置(以红色表示)不在探头。

    不同的探头将传感器放置在不同的位置,这意味着放置在完全相同位置的两个不同的探头实际上将具有测量不同位置的传感器。这可能只是几毫米的差异;然而,图 3中的曲线图显示,靠近磁铁时,磁场会在仅 1 毫米的空间内发生显着变化。

    通量密度下降图图 3磁通密度表示为磁场相对于磁体的百分比。
    图 4显示了测得的磁通密度下降与沿红线移动的磁体外表面的距离 (mm) 的函数关系图。

    圆柱形磁铁横截面图 4这个圆柱形磁铁的横截面显示了它产生的磁通密度。

    三轴测头
    3 轴探头——其传感器同时测量 x 轴、y 轴和 z 轴上的场强——允许在不知道磁场的方向的情况下灵活地测量磁场。虽然 3 轴探头可能有助于解决使用单轴探头时所讨论的定位误差之一,但它并不能消除远离或靠近特定活动测量区域的影响。需要了解探头的活动区域和体积的位置,以确保工程师知道他们正在测量什么。
    探头内部图图 5这张 Lake Shore Cryotronics 探头的内部结构图显示了黄色的 z 轴、绿色的 y 轴和红色的 x 轴。
    三轴传感器还引入了三个不同传感器在空间中占据不同位置的潜在问题。大多数应用不需要将这些单独的传感器元件置于亚毫米级。然而,在诸如具有大场梯度的映射场等应用中,单片 3 轴传感器技术提供了在非常小的物理区域上执行 3 轴场测量的能力。
    测量一致性
    严格的产品规格要求在磁场内精心选择的位置进行一致的测量。探头对准夹具有助于获得一致且可重复的测量结果。提供多种探头安装附件和/或功能。
    探头安装特征图示图 6具有安装功能的探头允许可预测和可重复的传感器放置。
    虽然探头定位是磁测量中常见的错误,但重要的是要考虑影响测量数据的其他因素,例如温度、偏移误差和校准。通过采用探头放置实践,您的测量将更加准确、和可靠。
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