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2012-10-17
永磁同步電機(jī)測(cè)量磁場(chǎng)的霍爾效應(yīng)法利用霍爾元件測(cè)磁的原理非常簡(jiǎn)單。把霍爾元件放在被測(cè)的磁場(chǎng)中,輸入控制電流Ic,并保持電流為常值,這是通過(guò)測(cè)量霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小就可以確定磁通密度B的大小,利用霍爾效應(yīng)還可以測(cè)量直流磁場(chǎng)和交流磁場(chǎng)。
測(cè)量直流磁場(chǎng)時(shí),若控制電流Ic為直流,則霍爾電動(dòng)勢(shì)UH也是直流的;若Ic為交流,則UH也為同頻率的交流電動(dòng)勢(shì)。由于交流電壓易于放大,故此測(cè)量直流磁場(chǎng)是往往采用交流供電,測(cè)量交流磁場(chǎng)時(shí),如用直流的控制電流,則霍爾電動(dòng)勢(shì)是交變磁場(chǎng)同樣規(guī)律變化的交流電動(dòng)勢(shì)。永磁同步電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、稀土永磁電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)等類型的電動(dòng)機(jī)都可以用霍爾效應(yīng)法來(lái)測(cè)量磁量。
其基本原理將一塊半導(dǎo)體薄片放入垂直于半導(dǎo)體平面的磁場(chǎng),(磁通密度為B)中,并在半導(dǎo)體的兩端(1、2)同以電流Ic,此時(shí)移動(dòng)著的載流子在磁場(chǎng)作用下將受到洛倫磁力(f=q(v*b))的作用。由于洛倫磁力的作用半導(dǎo)體中的載流子(假設(shè)為電子)將側(cè)面偏轉(zhuǎn)并使用該側(cè)面形成電子的結(jié)聚,這樣半導(dǎo)體兩端(3、4)便形成電場(chǎng)。因此在半導(dǎo)體薄片中移動(dòng)的電子除受洛倫磁力fB的作用外,還受到與此方面相反的電場(chǎng)力fE的作用。
當(dāng)fB=fE時(shí),電子的積厚達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡,電子的運(yùn)動(dòng)方向就不偏移了。這是在兩橫端面(3、4)之間建立的電場(chǎng)為霍爾電場(chǎng),相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為霍爾電動(dòng)勢(shì)Uh,其大小與磁通密度B和電流Ic成正比 即 UH=RH IcB =KhIcB
∫
式中RH—霍爾系數(shù),它與原件的材料有關(guān),其大小反映出霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱
∫--原件的厚度
KH—元件的靈敏度,它表示在單位磁通密度和單位控制電流條件下,原件輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小,KH=RH/∫
當(dāng)控制電流Ic反面時(shí),輸出電動(dòng)勢(shì)的方向隨之變化,當(dāng)磁場(chǎng)方向變化時(shí),輸出電動(dòng)勢(shì)也同時(shí)變換方向。
為了提高測(cè)量磁場(chǎng)的靈敏度,需要選擇霍爾系數(shù)RH較大,厚度∫較小的原件,常用的霍爾元件的材料是 鍺(Ge)、硅(Si)銻化鈷(Ihsb)及砷化鈷(IhAs)等。
當(dāng)在測(cè)量永磁同步電機(jī)時(shí)由于應(yīng)用霍爾效應(yīng)法測(cè)量范圍廣、頻帶寬、靈敏度高、穩(wěn)當(dāng)性好、方法簡(jiǎn)單,有較好的線性度和較高的準(zhǔn)確度、造價(jià)低廉、探頭可微型化,能測(cè)量為狹縫中的磁場(chǎng)和非均勻磁場(chǎng),能連續(xù)測(cè)量和直接顯示,所以應(yīng)用很普通。我國(guó)已生產(chǎn)多種型號(hào)的特斯拉計(jì),包括數(shù)字顯示的特斯拉計(jì)