Logo
Logo

Датчик Холла FTL

Оборудование

  1. Регулируемый источник постоянного напряжения
  2. Мультиметр – 2 шт.
  3. Катушка с $N_\text{к}=400 \pm 4$ витками, последовательно соединенная с резистором $R$. К резистору $R$ припаяны провода с разъемами, как на стандартных щупах мультимтера. На разъемы типа «банан» подается питающее напряжение
  4. Датчик холла с делителем напряжения. Питание подается на разъемы типа «банан». Сигнал измеряется на проводах с разъемами, как на стандартных щупах мультиметра
  5. Линейка
  6. Штангенциркуль
  7. Малярный скотч
  8. Провод питания источника

Часть A. Подготовительная часть

A1 Измерьте сопротивление резистора $R$, подключенного последовательно с катушкой.

A2 Измерьте внутренний и внешний радиусы катушки. Запишите среднее арифметическое $r_\text{к}$ между ними. Считайте, что $r_\text{к}$ — радиус витков катушки.

Часть B. Градуировка датчика

При подключении к источнику питания не перепутайте полярность. Красный провод подключается к плюсу источника, черный - к минусу.

Датчик эффекта Холла имеет 3 контакта – «$+$», «$-$» и «$o$». На контакты «$+$» (красный провод) и «$-$» (черный провод) подается напряжение питания $V_s \in (4,10)~\text{В}$, а с контактов «$o$» (жёлтый провод) и «$-$» снимается выходное напряжение $V_o$. Датчик Холла реагирует на величину проекции $B_n$ магнитного поля на нормаль $\vec{n}$ к его поверхности. Напряжение $V_o$ зависит от $B_n$ следующим образом:
\[ V_o = a B_n + b, \] где коэффициенты $a$ и $b$ зависят от напряжения питания $V_s$. В идеальном случае при нулевом магнитном поле напряжение $V_o=V_s/2$. Для более точного измерения напряжения $V_o$ параллельно контактам «$+$» и «$-$» подключен делитель напряжения, собранный из двух последовательно соединенных одинаковых высокоомных резисторов. Мультиметр подключается одним выводом к середине делителя напряжений, а другим к выводу «$o$» датчика. Показания этого мультиметра обозначим $V_m$.

В этой части в качестве источника постоянного магнитного поля будет выступать катушка, для ее питания используйте то же напряжение $V_s$, что вы используете для питания датчика эффекта Холла. Для измерения тока $I_\text{к}$ через катушку используйте резистор $R$, соединенный последовательно с ней. Все измерения проводите так, чтобы датчик эффекта Холла находился на оси катушки, на расстоянии $H$ от ее центра.

B1 Нарисуйте электрическую схему, которая используется для измерения зависимости $V_o$ от параметров $V_s$ и $H$. Выразите $V_o$ через $V_m$ и $V_s$.

B2 Используя напряжение питания $V_s \approx 9~\text{В}$, измерьте зависимость $V_o$ от расстояния $H$. Сделайте 17 измерений. Укажите значение тока $I_\text{к}$ через катушку. Нормаль датчика должна быть направлена вдоль оси симметрии катушки.

Теперь получим теоретическое значение для поля катушки на ее оси. Рассмотрим тонкую катушку радиуса $r_\text{к}$, по которой течет ток $I_\text{к}$, а ее количество витков $N$.

B3 Получите значение $B$ магнитного поля на оси катушки на расстоянии $H$ от ее центра. Ответ выразите через $\mu_0$,$r_\text{к}$,$I_\text{к}$,$N$ и $H$.

B4 Линеаризуйте зависимость $V_o$ от $H$ и постройте линейный график. Найдите коэффициенты $a$ и $b$.

B5 Для 4-ех других напряжений $V_s \in (6,9)~\text{В}$ проведите серии по 7 измерений $V_o$ от $H$. Для каждого из рассмотренных напряжений запишите значение $I_\text{к}$.

B6 Для каждой измеренной в B4 серии $V_o$ от $H$ с помощью МНК посчитайте значения $a$ и $b$.

B7 Постройте график зависимости $a$ от $V_s$. Считая зависимость линейной, получите ее параметры.

B8 Постройте график зависимости $b$ от $V_s$. Считая зависимость линейной, получите ее параметры.