实验3 - 磁阻效应

实验3 磁阻效应

一、 实验目的

1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法。

2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。

3、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。

二、实验仪器

DH4510磁阻效应综合实验仪

三、实验要求

1、在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。作ΔR/R(0)与B的关系曲线，并进行曲线拟合。

2、用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度，与毫特计测得的磁场强度相比较，估算测量误差。

四、实验原理

如图1所示，当导电体处于磁场中时（电流方向与磁场方向垂直），导电体内的载流子将在洛仑兹力的作用发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。如果将图1中UH短路，磁阻效应更明显。

通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率， ρ(B)为在磁场强度为B时的电阻率，则Δρ=ρ(B) －ρ(0) 。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0) 正比于Δρ/ρ(0) ，这里ΔR=R(B)－R(0) ， R(0) 、R(B)分别为磁场强度为0和B下磁阻传感器的电阻阻值。因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。

测量磁电阻电阻值R与磁感应强度B的关系实验装置及线路如图2所示。

尽管不同的磁阻装置有不同的灵敏度，但其电阻的相对变化率ΔR/R(0)与外磁场的关系都是相似的。实验证明，磁阻效应对外加磁场的极性不灵敏，就是同强度正负磁场的磁阻效应相同。一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率ΔR/R(0)正比于磁场强度B的二次方；随磁场强度的加强，ΔR/R(0)与磁场强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，ΔR/R(0)与磁场强度B的响应会趋于饱和。

另外，ΔR/R(0)对总磁场的方向很灵敏，总磁场为外磁场与内磁场之和，而内磁场与磁阻薄膜的性质和几何形状有关。

五、实验步骤

仪器开机前须将IM调节电位器、Is电流调节电位器逆时针方向旋到底。

1、信号源的“IM直流源”端用导线接至测试架的“励磁电流”输入端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。调节“IM电流调节”电位器可改变输入励磁线圈电流的大小，从而改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。

2、将实验仪信号源背部的插座通过专用的连接线接至测试架的控制输入端，这是一路提供继电器工作的12V直流控制电源，作为继电器的控制电压。

3、信号源上“Is直流恒流源”输出用导线接至工作电流切换继电器K1接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。

4、信号源的“信号输入”两端用导线接至输出信号切换继电器K2接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。

5、将继电器K1接线柱的下面两端与继电器K2接线柱的下面两端相连，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。

6、将锑化铟（InSb）磁阻传感器（蓝、绿引出线）的两端与工作电流切换继电器K1接线柱的下面两端相连，红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。即蓝引出线接至红接线柱，绿引出线接至黑接线柱。

7、砷化镓（GaAs）霍尔传感器的的四引出线按线的长短已分成两组，红、灰为一组（为工作电流输入端），橙、黄为一组（为霍尔电压输出端），红、灰这一组线接至工作电流切换继电器K1接线柱的上面两端，橙、黄这一组线接至输出信号切换继电器K2接线柱的上面两端。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。

8、确认接线正确完成后，接通电源，将信号源上左边的“信号选择”切换开关处于弹起状态，此时励磁信号为直流信号；将信号源右边的“信号选择” 切换开关处于按下状态，测试架的切换开关也处于按下状态，这时将测试架上取出的霍尔电压信号输入到信号源，经内部处理转换成磁场强度由表头显示。

9、调节Is调节电位器让Is表头显示为1.00mA，然后调节IM，使磁场强度显示为0mT，记下励磁电流值的大小。

10、弹起信号源右边的切换开关和测试架上的切换开关，测量并记录该磁场强度下对应的磁阻电压。注意：这时的Is表头显示应为1.00mA。

11、将测试架上及信号源右边的切换开关按下，再调节IM调节电位器，使磁场强度显示为20mT，记下该磁场强度及对应的励磁电流值。测量并记录该磁场强度下对应的磁阻电压。

12、重复以上10～11步骤，测量出磁场强度大小分别为0，20，40，60，80，100，150，200，250，300，350，400，450，500mT，分别记录电磁铁的励磁电流IM/mA和InSb两端的电压UR/mV 。

13、在B>0.12T时对ΔR/R(0)作曲线拟合，求出R与B的关系。

六、实验数据记录

作出ΔR/R与B关系曲线数据表:

表1 电流IS=1mA

七、思考题

1、磁阻效应是怎样产生的？磁阻效应和霍尔效应有何内部联系？

答：1、一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B变化的现象

2、磁阻效应和霍尔效应都是由于载流子在磁场中受到洛仑磁力产生的，且磁阻效应是在霍尔电场和外加磁场的共同作用下而产生的。

2、实验时为何要保持霍尔工作电流和流过磁阻元件的电流不变？

答：遵循单一变量法则,使其它因素不影响到B与ΔR/R(0)的关系,以得到单一变量的关系曲线。 

8、实验心得

通过这次实验更加了解传感器技术这门课，一次次实验让我的理论知识有了用武之地，也对理论知识有了更好的理解。实践检验了我们的理论知识，也潜移默化的培养我们的团队合作精神。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/41a946280975f46526d3e104.html