对用霍尔效应法测量磁体表面磁场的探讨

　　内容简介：本文定性分析了用霍尔效应法不可能真正测出表面磁场量值的原因，及介绍一种比较经济、实用的测量小磁体表面磁场的方法。

　　根据霍尔效应原理制成的特斯拉计（高斯计）在测量磁场中，有着广泛的应用。这种仪器是由作为传感器的霍尔探头及仪表整机两部分组成。其中探头内霍尔元件的尺寸、性能与封装结构对磁场测量的准确度起着关键的作用。

　　霍尔效应特斯拉计对均匀、恒定磁场测量的准确度一般在5%—0.5%，高精度的测量准确度可以达到0.05%。但对磁体表面的非均匀磁场的测量就谈不上准确度了。往往是不同的仪表，或同型号的仪表，不同的探头，或同一支探头的不同侧面。去测量同一磁体表面，同一位置（应该说看上去是同一位置）的磁场时，显示的结果大不一样，误差可以超过20%，甚至50%。

　　造成上述差别的原因有两点：其一，不同探头内霍尔元件封装的位置不同，或元件不在探头两侧的中部。这些探头在均匀磁场中，不会因位置上的改变而感受到磁场的改变，测量数据也不会因位置的不同而带来误差。当用不同的探头去测磁体表面发散的、不均匀的磁场时，虽然表面看上去是放到了同一位置，而内部霍尔元件感受到的并不是同一位置的磁场。感受到的场值不同，测量结果当然不一样。见不同磁体磁场示意图。一般，对于径向探头，厚度越小，内部霍尔元件离表面越近，测量表面磁场显示读数越大，采用超薄探头去测表面磁场时的读数可以高于常规探头20%以上（被测磁体尺寸越小，磁体表面曲率越大，表面磁场分布越不均匀，测量数据差别越大），但是无论多薄的探头，其内部对磁场敏感的部分与磁体表面总有一个间距，不可能为零距离。所以说，不可能测到真正的表面磁场。只能说，使用的探头越薄，读数越能反映出磁体的表面磁场。

　　原因之二是：不同型号的霍尔探头内，所封装的霍尔元件敏感区尺寸不同。早期的体形霍尔元件，如锗、硅霍尔元件，尺寸一般为4