.
.
هنگام مطالعه در مورد میدان مغناتیسی، آشنایی با "حسگر هال" اجتناب ناپذیر است. با استفاده از اثر "هال" می توان «چگالی فلوی مغناتیسی» را اندازه گرفت. با دانستن این موضوع، این پرسش پیش می آید که ... خوب، چطور؟ چطور می توان این اندازه گیری را در عمل به انجام رساند؟
.
.
روشن است که می توان "حسگرهای هال" را خریداری کرد، اما فکر می کنم شما هم با من موافق باشید که ساختن یک حسگر لطف دیگری دارد. تئوری به ما می گوید که برای این کار باید یک زرورق یا "فویل" که تا حد ممکن نازک باشد، مورد استفاده قرار گیرد. در مقابل، اما، اندازه ی طول و عرض آن اهمیتی ندارد. من آزمایش خود را با فویل مسین آغاز کردم، زیرا روی هر قطعه فیبر مدار چاپی ورقه ی نازکی از این فلز کار شده و اجازه می دهد که به سادگی آن را برید، سوراخ کرد، اندازه کرد، لحیم کرد و بنا به ضرورت های دیگر مورد استفاده قرار داد. البته، از سوی دیگر، می دانستم که مس یکی از نامناسب ترین مواد برای ساخت حسگر هال است، چرا که "ثابت هال" این عنصر بسیار کوچک است. اما، چون امروزه آهنرباهای فوق العاده پرتوانی تولید می شوند، می توان امیدوار بود که با استفاده از آنها اثر هال را روی مس اندازه گیری و اثبات کرد.
برای این کار من یک "مدار تقویت کننده ی عملیاتی با ضریب بهره ی بسیار بالا" انتخاب کردم. در این مدار تقویت ولتاژ بر حسب نسبت بین دو مقاومت 2/2 مگااهم و 330 اهم تعیین می شود و برابر 6667 است. در کنار این تقویت کننده من یک "مدار پل اندازه گیری" را نیز به خدمت گرفتم. پتانسیومتر مدار تعادل این پل را برقرار خواهد کرد. البته می توان با تنظیم دقیق نقطه ی صفر در محدوده ی میلی ولت، اندازه گیری روی ولتاژ هال خیلی پایین تر از یک میکروولت را انجام داد.
.
.
مطابق تصویر، مدار به سرعت ساخته و آزمایش می شود: کالیبره کردن ولتاژ صفر خیلی دشوار است. تقویت کننده منبع تغذیه ی جداگانه ی خودش را دارد. از طریق یک منبع تغذیه ی آزمایشگاهی جریانی دقیقا برابر یک آمپر بر روی حسگر هال برقرار می کنیم. سپس دوباره نقطه ی صفر را کالیبره می کنیم.
حال به لحظه ی سرنوشت نزدیک می شویم: یک آهنربای خیلی قوی از نوع "نئودیمیوم" زیر حسگر قرار می دهیم. ولتاژ خروجی تقویت کننده واقعا به میزان چند میلی ولت دچار تغییر می شود. البته عوامل موثر دیگری نیز وجود دارند که در اندازه گیری اختلال ایجاد می کنند. هر جابجایی آهنربا یک ولتاژ القایی را به سیم های رابط حسگر القا می کند که به مراتب بزرگ تر از ولتاژ هال است. هر بار باید کمی صبر کرد تا مقدار اندازه گیری شده مجددا ثابت شود. به علاوه، در اندازه گیری چنین ولتاژهای کوچکی، همواره مسایلی در ارتباط با ولتاژهای گرمایی که بر اثر تفاوت های دمایی پدید می آیند، وجود دارند. به این دلیل باید از بروز جریان هوا، هر قدر که کوچک باشد، در اطراف دستگاه جلوگیری نمود. فرد آزمایشگر نیز نباید بجنبد و هنگام اندازه گیری نفس را در سینه حبس کند.
.
.
در مجموع، در آزمایش های من با برگرداندن آهنربا تغییراتی در گام 4 میلی ولت اندازه گیری شدند که به معنی ولتاژ هال تقویت شده ای برابر 2 میلی ولت است.
.
.
خوب، حالا ببینیم قوّت آهنربا چقدر است؟ مهندس خوب ابتدا محاسبه می کند و بعد می سازد. سَمبَل کار، در مقابل، اول شروع می کند به ساختن و بعدا به محاسبه می پردازد، تازه فقط در صورتی که نشود از محاسبه شانه خالی کرد! درست مثل همین کاری که خودمان اینجا انجام دادیم! در نتیجه، حالا شروع می کنیم به حساب و کتاب:
.
مقدار ولتاژ هال عبارت است از: Uh = Ah * I * B / d
.
ثابت هال مربوط به مس برابر است با: Ah = -5,3 * 10-11 m3/C
.
ضخامت لایه ی مس فیبرهای مدار چاپی معمولی: d = 35 µm است.
.
برای B = 1 و I = 1 A ولتاژ هال به مقدار Uh = 1,5 µV محاسبه می شود.
.
این ولتاژ در مدار تقویت کننده به میزان 6667 بار تقویت می شود و در نتیجه به 10 میلی ولت ارتقا پیدا می کند.
.
بنابراین، می گوییم که «حساسیت مدار 10 میلی ولت بر تسلا » است.
.
نتیجه ی اندازه گیری: آهنربای من 2 میلی ولت ایجاد می کند. در نتیجه پی می بریم که «چگالی فلوی مغناتیسی» آن 2/0 تسلا است. این یافته مقداری واقعی به نظر می رسد زیرا که از لحاظ نظری مقادیر تا 4/1 تسلا قابل دستیابی هستند. حسگر دست ساز ما در مجموع هنوز کاملا عملیاتی و کاربردی نیست. اگر بخواهیم آن را اصلاح و بهتر کنیم، بایستی اندازه های آن را کوچک کنیم، و مدار تقویت کننده هم باید تا حد ممکن جمع و جور و کُمپَکت ساخته شده و درون یک جعبه ی مناسب و شیلد شده قرار داده شود.
.
.
مطالب مرتبط:
sima
