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高斯计精度探讨

大西洋仪器网  2018-08-10 09:35   点击 157

●精度的概念

高斯计&特斯拉计作为测试磁场强度的测试计量仪器,它的测试精度就尤为重要。

※精密度

精密度(precision of measurement)系指在相同条件下,对被测量进行多次反复测量,测得值之间的一致(符合)程度。从测量误差的角度来说,精密度所反映的是测得值的随机误差。精密度高,不一定正确度高。也就是说,测得值的随机误差小,不一定其系统误差亦小。

※正确度

正确度(correctness of measurement)系指被测量的测得值与其“真值”的接近程度。从测量误差的角度来说,正确度所反映的是测得值的系统误差。正确度高,不一定精密度高。也就是说,测得值的系统误差小,不一定其随机误差亦小。

※精确度

精确度亦称准确度(accuracy of measurement)系指被测量的测得值之间的一致程度以及与其“真值”的接近程度,即是精密度和正确度的综合概念。从测量误差的角度来说,精确度(准确度)是测得值的随机误差和系统误差的综合反映。

在实际工作中,对计量结果的评价考量的是综合性的因素,只有在某些特定的场合才对精密度和正确度单独考虑。通常所说的测量精度或计量器具的精度,一般即指精确度(准确度),也就是说实际上“精度”已成为“精确度”(准确度)的习惯上的简称。

●探头对测量精度的影响

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。高斯计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%,甚至达到50%。造成上述差别的原因有两点:
※霍尔元件封装的位置不同

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。

※霍尔元件的敏感区尺寸不同

不同型号的霍尔探头内,所封装霍尔元件的敏感区尺寸不同。

早期的霍尔元件,如锗、硅霍尔元件,尺寸一般为4×2㎜2,也有6×3㎜2、8×4㎜2、最小为1.5×1.5㎜2。这种霍尔元件有效的敏感区基本上是元件本身的尺寸,面积大。若用这种霍尔元件来对磁力线发散的小磁体、磁体边角部分或多极充磁的表磁进行测量,仅能反映出通过该元件表面的磁感应强度的平均值,此值必定小于该区域的最大值。

如果改用敏感区小的霍尔元件,如砷化镓霍尔元件,其敏感区的有效面积约为0.1×0.1~0.2×0.2㎜2远远小于霍尔元件的面积。这种霍尔元件就更能反映出表面磁场的场分布,所测到的最大值也更接近该区域的最大磁感应强度实际值。
     由前面的分析可以看出,表面磁场的实际值(即真实值)用霍尔效应法是根本不可能测到的。也就是说不可能找到建立一种统一的、共同的表面磁场的量值标准。只能去谋求测出更加接近表面磁场实际值的方法。
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