專利名稱：高靈敏度高穩(wěn)定性霍爾效應(yīng)測磁儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種對現(xiàn)有霍爾效應(yīng)測磁儀改進，屬于測量儀器制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于較早期產(chǎn)品或者性能不足的霍爾效應(yīng)測磁儀，通過選用性價比較高、技術(shù)先進的傳感器及電路，綜合設(shè)計并實施改造儀器，提高性能并使早年此類儀器能夠正常工作，是現(xiàn)在各高校的有益工作之一。
高?；A(chǔ)物理實驗之一利用霍爾效應(yīng)測量線圈磁場分布，包括HCC-2型霍爾效應(yīng)測磁儀，都是早期產(chǎn)品，其中傳感器、恒流源、放大電路在技術(shù)上均較落后，性能較差，比較難以適應(yīng)使用需求。原儀器技術(shù)性能比較落后，傳感器霍爾元件靈敏度太低、溫度漂移較大；恒流源技術(shù)落后如取樣電阻構(gòu)成是變化的，產(chǎn)生一些弊端(見表1)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的是提供一種測磁靈敏度、穩(wěn)定性高，調(diào)節(jié)方便的高靈敏度霍爾效應(yīng)測磁儀。
技術(shù)方案本實用新型的高靈敏度霍爾效應(yīng)測磁儀由電源部分、測量部分所組成電源部分由電源、基準(zhǔn)電壓、電壓比較器、調(diào)控管順序串聯(lián)連接組成；測量部分包括工作電源、工作電流恒流源、數(shù)據(jù)放大器器、量程切換、表頭保護、霍爾探桿；其中，工作電源的輸出端接工作電流恒流源、數(shù)據(jù)放大器器的輸入端，工作電流恒流源的輸出端接霍爾探桿的輸入端，霍爾探桿的輸出端接數(shù)據(jù)放大器器的輸入端，數(shù)據(jù)放大器器、量程切換、表頭保護順序串聯(lián)連接，由表頭保護輸出測量結(jié)果。電源中的輸出端即穩(wěn)壓集成電路“U01”的“3”端接基準(zhǔn)電壓中的電阻“R02”，基準(zhǔn)電壓的輸出端接電壓比較器的輸入端即電阻“R01”，電壓比較器的輸出端即放大器“U02A”的輸出端接調(diào)控管的輸入端即晶體管“Q01”的基極。
有益效果使較落后的霍爾效應(yīng)測磁儀經(jīng)改造后成功投入正常使用，并提高儀器性能，改善實驗效果，還便于以后對傳感器的維修。靈敏度、穩(wěn)定性(溫漂時漂、換檔連續(xù)性等)、調(diào)節(jié)方便等儀器性能均有較大提高，詳見表1。
使用優(yōu)質(zhì)恒流電路，電流調(diào)節(jié)線性變化、調(diào)節(jié)范圍為零至額定值、調(diào)節(jié)方便、穩(wěn)定。放大電路使用高性能的數(shù)據(jù)放大器(測量放大器)，共模抑制比很高、輸入電阻很高、有效抑制零點漂移，同時電路中微調(diào)電阻采用多圈式微調(diào)電位器(原不足1圈)，能使電路調(diào)試準(zhǔn)確、各量程讀數(shù)易于實現(xiàn)連續(xù)一致。輸出指示電路中高效保護指示表頭不因過載受損。


圖1是本實用新型的總體電路框圖。其中有第一電源11、基準(zhǔn)電壓12、電壓比較器13、調(diào)控管14；第二電源21、工作電流恒流源22、數(shù)據(jù)放大器器23、量程切換24、表頭保護25、霍爾探桿26。
圖2是本實用新型的總體電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的高靈敏度霍爾效應(yīng)測磁儀由由電源部分、測量部分所組成電源部分由第一電源11、基準(zhǔn)電壓12、電壓比較器13、調(diào)控管14順序串聯(lián)連接組成；測量部分包括第二電源21、工作電流恒流源22、數(shù)據(jù)放大器器23、量程切換24、表頭保護25、霍爾探桿26；其中，工作電源21的輸出端接工作電流恒流源22、數(shù)據(jù)放大器器23的輸入端，工作電流恒流源22的輸出端接霍爾探桿26的輸入端，霍爾探桿26的輸出端接數(shù)據(jù)放大器器23的輸入端，數(shù)據(jù)放大器器23、量程切換24、表頭保護25順序串聯(lián)連接，由表頭保護25輸出測量結(jié)果。
電源部分包括整流濾波電路、三端穩(wěn)壓集成電路組成的穩(wěn)壓電路；恒流源部分包括基準(zhǔn)電壓、運算放大器、晶體管控制、電位器調(diào)節(jié)電流所組成的恒流源電路；信號放大器部分包括運算放大器“U4、U5、U6”組成的信號放大電路；測量切換部分包括可變電阻“W3、W4、W5”、電阻“R17、R18、R19”、切換開關(guān)“S2”組成的測量值切換電路?；魻栐斎攵恕?、4”串聯(lián)在工作恒流源電路中的晶體管“T1”的集電極上，霍爾元件的輸出端“1、3”端分別接運算放大器“U4”及“U5”的同相輸入端。運算放大器“U6”的輸出端接測量切換部分的可變電阻“W3、W4、W5”。恒流源電路中，基準(zhǔn)電壓經(jīng)電位器“W01”或“W1”分壓后接運算放大器“U02A”或“U1A”的同相輸入端，取樣電壓接運算放大器的反向輸入端，運算放大器的輸出端接晶體管“T1”的基極。
設(shè)計并制作2塊新設(shè)計的印刷電路板，一塊為勵磁恒流源電路板，另一塊為放大電路與工作電流恒流源電路板。電路板具有金手指插條，電路板與機箱內(nèi)其它元器件的連接電線，通過金手指插槽轉(zhuǎn)接，機箱內(nèi)連接電線基本統(tǒng)一使用有色排線，使得日后維修儀器很方便?？梢猿浞掷迷瓋x器機箱、電源變壓器、開關(guān)等部分元器件，以及探桿、測磁線圈。
放大器采用數(shù)據(jù)放大器(測量放大器)，對于決定放大倍數(shù)的若干電阻選用溫度系數(shù)較小的電阻，并經(jīng)挑選使阻值較好配對。電路板中含有對指示表頭的保護電路。然后調(diào)試測磁儀精度，將探桿與儀器聯(lián)接后調(diào)工作電流IH＝5mA，臨時短路輸入端并調(diào)節(jié)平衡電位器(電路板上W6)使運放電路平衡(表頭指示UH＝0)；運用高精度數(shù)字多用表監(jiān)測輸入電壓，在各量程分別調(diào)節(jié)各自的擴展電阻RX，使得表頭指示出正確的滿度值。
探桿內(nèi)前端的傳感器換用新型號的砷化鎵或者其它霍爾元件，宜采用貼片封裝霍爾元件，將它焊接在一微型電路板上并使該板面與探桿相互垂直。然后標(biāo)定各霍爾元件的靈敏度KH，標(biāo)定時需要使用精度較高的毫特斯拉計測定亥姆霍茲線圈中磁感應(yīng)強度，在大小不等的數(shù)種磁感應(yīng)強度下測量霍爾電壓UH，分別計算出靈敏度(數(shù)值較接近)并取其平均值為標(biāo)定的KH值。
放大電路及其運放塊現(xiàn)在也有更好的選擇。選用新型傳感器霍爾元件，靈敏度高、線性關(guān)系好、相對不等位電壓低。
選用新型傳感器霍爾元件，更換探桿內(nèi)原來的傳感器。設(shè)計優(yōu)質(zhì)恒流源電路及合適參數(shù)的元器件并制作PCB板。設(shè)計放大電路并制作PCB板，含輸出指示表頭的保護。最后用精度高的數(shù)字多用表、毫特斯拉計來調(diào)試儀器、標(biāo)定傳感器(霍爾元件)靈敏度。
表1 HCC-2霍爾效應(yīng)測磁儀改造前后對比
權(quán)利要求1.一種高靈敏度高穩(wěn)定性霍爾效應(yīng)測磁儀，其特征在于該測磁儀由電源部分、測量部分所組成電源部分由第一電源(11)、基準(zhǔn)電壓(12)、電壓比較器(13)、調(diào)控管(14)順序串聯(lián)連接組成；測量部分包括第二電源(21)、工作電流恒流源(22)、數(shù)據(jù)放大器器(23)、量程切換(24)、表頭保護(25)、霍爾探桿(26)；其中，第二電源(21)的輸出端接工作電流恒流源(22)、數(shù)據(jù)放大器器(23)的輸入端，工作電流恒流源(22)的輸出端接霍爾探桿(26)的輸入端，霍爾探桿(26)的輸出端接數(shù)據(jù)放大器器(23)的輸入端，數(shù)據(jù)放大器器(23)、量程切換(24)、表頭保護(25)順序串聯(lián)連接，由表頭輸出測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度高穩(wěn)定性霍爾效應(yīng)測磁儀，其特征在于第一電源(11)中的輸出端即穩(wěn)壓集成電路“U01”的“3”端接基準(zhǔn)電壓(12)中的電阻“R02”，基準(zhǔn)電壓(12)的輸出端接電壓比較器(13)的輸入端即電阻“R01”，電壓比較器(13)的輸出端即放大器“U02A”的輸出端接調(diào)控管(14)的輸入端即晶體管“Q01”的基極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度高穩(wěn)定性霍爾效應(yīng)測磁儀，其特征在于數(shù)據(jù)放大器器(23)的輸出端即放大器“U6”的輸出端接量程切換(24)的輸入端即可變電阻(W3、W4、W5)，量程切換(24)的輸出端通過接插口接表頭(M1)輸出測量結(jié)果。
專利摘要高靈敏度霍爾效應(yīng)測磁儀是一種對現(xiàn)有霍爾效應(yīng)測磁儀改進，該測磁儀由電源部分、測量部分所組成電源部分由第一電源(11)、基準(zhǔn)電壓(12)、電壓比較器(13)、調(diào)控管(14)順序串聯(lián)連接組成；測量部分包括第二電源(21)、工作電流恒流源(22)、數(shù)據(jù)放大器器(23)、量程切換(24)、表頭保護(25)、霍爾探桿(26)；其中，第二電源(21)的輸出端接工作電流恒流源(22)、數(shù)據(jù)放大器器(23)的輸入端，工作電流恒流源(22)的輸出端接霍爾探桿(26)的輸入端，霍爾探桿(26)的輸出端接數(shù)據(jù)放大器器(23)的輸入端，數(shù)據(jù)放大器(23)、量程切換(24)、表頭保護(25)順序串聯(lián)連接，由表頭輸出測量結(jié)果。
文檔編號G01R33/07GK2879213SQ20052007797
公開日2007年3月14日 申請日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者方興安, 俞登 申請人:東南大學(xué)