高斯計，是測量物體于空間上一個點的靜態(tài)或動態(tài)(交流)磁感應強度， 由霍爾傳感器(精度高可選擇磁通門傳感器).經過物體磁力線穿過產生電流電壓，主設備上面顯示磁感應強度。

 

高斯計需要能夠測量恒定磁場,直流磁場與交流磁場和脈沖磁場的功能。 同時由于智能制造發(fā)展高斯計需要能夠與自動化設備有交互功能，因而485通訊與開關量端口,模擬信號端口成為必須。

簡介

高斯計(又稱特斯拉計)是根據霍爾效應原理制成的測量磁感應強度的儀器，它由霍爾探頭和測量儀表構成。霍爾探頭在磁場中因霍爾效應而產生霍爾電壓，測出霍爾電壓后根據霍爾電壓公式和已知的霍爾系數可確定磁感應強度的大小。高斯計的讀數以高斯或千高斯為單位。

 

高斯計是用于測量和顯示單位面積平均磁通密度或磁感應強度的儀器。

 

單位

磁場的單位是以特斯拉(T)毫特斯拉(mT)或高斯(Gs)或毫高斯(mGs) 或微特斯拉(μT) 表示。

 

1特斯拉(T)=10,000高斯(Gs)

 

1毫特斯拉(mT)=10高斯(Gs)

 

1高斯(Gs)=1,000毫高斯(mGs)

 

1微特斯拉(μT)=10毫高斯(mGs)

 

原理

高斯計幾乎都是基于霍爾效應原理進行磁場測量的，采用霍爾傳感器作為磁感應元件。用戶可能會發(fā)現這樣的問題，即使在同一個點上，使用不同型號的探頭會產生不同的測量結果。這并非是測量的錯誤，而是由于霍爾傳感器的尺寸不同以及裝配的位置誤差產生的結果。根據不同的需要，正確地選擇高斯計和相應的霍爾探頭尤為重要。

 

電磁場

 

電磁場是電場與磁場的合稱。 我們一般所稱的「場」指的是空間中的一個區(qū)域，進入這個區(qū)域的物體都會感受到力的作用，例如我們生活在地球的重力場中，也生活在地磁的磁場中，閃電時我們籠罩在強大的電場中。

 

生活中常常會發(fā)現電場的存在，例如冬季脫毛衣發(fā)生的爆烈聲，接觸門的把手有觸電感覺，這些都是因摩擦而產生的靜電現象。在電力使用中，只要有電壓存在，電線或電器設備周圍就會有電場。電場一般是以千伏特/米(kV/m)作單位。

 

將磁鐵置于紙板下，撒鐵粉在紙板上，就會發(fā)現磁鐵兩端之間產生相連的幾圈條紋，這就是磁場。在電力使用中，只要有電流通過，導線的周圍也會產生磁場。

 

電磁場的衰減和屏蔽

 

電場與磁場的強度都會隨著與發(fā)生源的距離加大而急速的降低，如發(fā)生源的電壓、電流消失，電磁場也會消失不見。電力電磁場(60Hz)屬于低頻電磁場(30~300Hz)，變化緩慢，可將電場與磁場分開討論。

 

電場很容易屏蔽，如金屬的外殼、鋼筋混凝土、樹木及人體皮膚等都可以得到相當好的屏蔽效果。電力設備如變壓器、電纜等大多有金屬外殼，其內部幾乎沒有電場，屋內式變電所之所有設備都在鋼筋混凝土建筑物內，又人體皮膚對電場有的屏蔽(約衰減一億倍)，進入人體電場幾乎為零。因此上在電磁場對人體健康影響之研究(流行病學)，已將電場排除，而以磁場為主。

 

磁場幾乎無法屏蔽，但方向相反、大小相同電流產生的磁場可以抵消，因此采用雙絞線傳輸信號可以起到很好的降低電磁噪聲的作用。

顯示磁場讀數是高斯計基本的功能。為使測量者獲知讀數，通常采用3種顯示方案，即指針表頭、數字表頭和微處理器控制。

 

指針表

指針表頭將電流轉化為指針在表盤中的偏轉位置，讀數顯示方案，通常可提供5%的有效讀數分辨準確度。即使指針位置不存在誤差，測量者相對表盤的角度和估算經驗也將顯著提高讀出誤差，并且讀數速率很低。因此，在對準確度和測量速率要求稍高的應用中，指針表頭已趨淘汰。

 

數字表

數字表頭是針對指針表頭讀出誤差問題的改進方案。數字表頭內部集成ADC，將電壓轉換為數字量，并通過數碼管或段式液晶顯示為數字讀數，從而為測量者提供直觀的讀數。數字表頭具有固定的讀數速率，并且無法外部控制。

折疊微處理器表

指針表頭和數字表頭均只能顯示磁場讀數，而無法提供多的測量信息。現代測量不僅需要可顯示的讀數，還需要多的功能。自動化測量至少需要高斯計與計算機之間的通訊接口，從而使計算機通過抗干擾的數字方式獲取讀數。

 

很多情況下，例如調整探頭位置等必須人工參與的環(huán)節(jié)，與測量值共同顯示的大值將提供足夠的便利。然而，數字表頭通常單行顯示，無足夠顯示空間。

 

的高速自動測量要求嚴格的測量實時性，即于某一時刻在同步觸發(fā)信號觸發(fā)多臺儀器同步測量多個參數在此時刻的量值。數字表頭的測量起始時刻點由表頭內部電路決定，無法控制，因此只能得到一段時間內的平均值，而非某一時刻的準確測量值，無法適應高速測量要求。

 

磁場讀數之外的功能已成為高斯計不可或缺的組成部分，而使用表頭的產品由于過于簡單的結構愈發(fā)無法適應現代測量要求。使用內部微處理器的高斯計成為主流。

 

內部微處理器的高斯計具有五個重要的特征:

 

1、微處理器可靈活控制顯示內容。配置圖形點陣液晶后，高斯計可顯示讀數之外的大量測量信息，例如單位、大值、直流/交流、自動/手動量程、計算機接口設置和觸發(fā)方式。籍此，測量者可直觀獲得大量有助于監(jiān)測測量過程的狀態(tài)信息。

 

2、微處理器具有計算功能，因此對于單位換算、大(小)值保持、探頭自動校零功能的實現具有明顯。

 

3、微處理器具有存儲功能。對于高斯計的參數設置可通過非易失性存儲器保存，并在開機后自動重新設置。易失性存儲器還可實現一定深度的高速磁場讀數存儲，從而使上位機由頻繁的讀數查詢中解放出來，并通過批量讀數提高測量效率。

 

4、微處理器具有強大的擴展功能，可輕易實現對ADC、DAC和鍵盤的控制，從而提高測量準確度，并避免使用易損的機械部件，提高儀器可靠性。對于外界觸發(fā)信號，微處理器可作出實時測量響應，大幅度提高測量實時性。

 

5、微處理器提供面對計算機的接口。通過計算機接口，上位機不僅可獲得讀數，還可進行復雜的操作，或對高斯計運行狀態(tài)的查詢。與此類似，微處理器還提供對于數字化霍爾探頭的接口，并通過固化在數字化探頭內部的校準信息調整內部電路參數，在保證測量準確度的同時，使探頭的校準于儀器本身，提高探頭互換性和可靠性。

 

微處理器的使用是現代儀器的基本特征。現代高斯計籍此獲得多的功能，而成本卻與表頭式產品持平。借助微處理器，功能可抽象并為模塊，模塊化設計使設計和生產成本降低，全自動校準進一步降低了高斯計的調試人工成本，從而使高性能價格比成為可能。

 

應用

高斯計一般是用來測試一些磁性材料的磁通量的儀器。為了選擇合適的產品，我們有必要了解一下哪些是硬磁材料，哪些是軟磁材料?

 

高斯計的測試對象一:硬磁材料

 

永磁功能材料常稱永磁材料，又稱硬磁材料，而軟磁功能材料常稱軟磁材料。這里的硬和軟并不是指力學性能上的硬和軟，而是指磁學性能上的硬和軟。

 

1.磁性硬是指磁性材料經過外加磁場磁化以后能長期保留其強磁性(簡稱磁性)，其特征是矯頑力(矯頑磁場)高。矯頑力是磁性材料經過磁化以后再經過退磁使具剩余磁性(剩余磁通密度或剩余磁化強度)降低到零的磁場強度。

 

2.軟磁材料則是加磁場既容易磁化,又容易退磁,即矯頑力很低的磁性材料。退磁是指在加磁場(稱為磁化場)使磁性材料磁化以后，再加同磁化場方向相反的磁場使其磁性降低的磁場。

 

高斯計被測對象-常用的永磁材料主要具有4種磁特性:

 

(1)高的大磁能積。大磁能積[符號為(BH)m]是永磁材料單位體積存儲和可利用的大磁能量密度的量度;

 

(2)高的矯頑(磁)力。矯頑力[符號為(H)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干擾而保持其永磁性的量度;

 

(3)高的剩余磁通密度(符號為Br)和高的剩余磁化強度(符號為Mr)。它們是具有空氣隙的永磁材料的氣隙中磁場強度的量度;

 

(4)高的穩(wěn)定性，即對外加干擾磁場和溫度、震動等環(huán)境因素變化的高穩(wěn)定性。

 

當前常用的重要永磁材料主要有:

 

(1)稀土永磁材料，這是當前大磁能積高的一大類永磁材料，為稀土族元素和鐵族元素為主要成分的金屬互化物(又稱金屬間化合物)。我國研制和生產的釹鐵硼稀土合金永磁材料。

 

(2)金屬永磁材料。這是一大類發(fā)展和應用都較早的以鐵和鐵族元素(如鎳、鈷等)為重要組元的合金型永磁材料，主要有鋁鎳鈷(AlNiCo)系和鐵鉻鈷(FeCrCo)系兩大類永磁合金。鋁鎳鈷系合金永磁性能和成本屬于中等，發(fā)展較早，性能隨化學成分和制造工藝而變化的范圍較寬，故應用范圍也較廣。鐵鉻鈷系永磁合金的特點是永磁性能中等，但其力學性能可進行各種機械加工及冷或熱的塑性變形，可以制成管狀、片狀或線狀永磁材料而供多種特殊應用。

 

(3)鐵氧體永磁材料。這是以Fe2O3為主要組元的復合氧化物強磁材料(狹義)和磁有序材料如反鐵磁材料(廣義)。其特點是電阻率高，特別有利于在高頻和微波應用。如鋇鐵氧體(BaFe12O19)和鍶鐵氧體(SrFe12O19)等都有很多應用。除上述3類永磁材料外，還有一些制造、磁性和應用各有特點的永磁材料。例如微粉永磁材料、納米永磁材料、膠塑永磁材料(可應用于電冰箱門的封閉)、可加工永磁材料等。

 

電與磁是大自然中一直存在的現象，例如閃電與磁石。人類很早就知道運用電與磁來改善生活，豐富生命。除了自然存在的電磁場外，人們?yōu)樯畹谋憷_發(fā)了許多用電器具，如常用的、電視、吹風機、電磁爐、微波爐、計算機、冷氣等家用電器，甚至捷運、電氣火車、輸變電設備等公共設施，方便了生活也增加了一些人為的電磁場。

 

(1)永磁體的表面磁場測量:采用高斯計(特斯拉計)測量永磁產品表面磁場強度，主要是對永磁產品的質量及充磁后磁性能一致性的評估;通常測量中磁體表面中心點的磁場強度進行測量，通過對標準樣品數據進行比較從而判斷產品是否合格，同時也可以保證材料的一致性。

 

(2)氣隙磁場的測量:采用高斯計(特斯拉計)測量氣磁場的應用比較廣泛，在科研、電子制造、機械等領域均有用到。應用比較典型的行業(yè)主要有電機和電聲兩大行業(yè)。

 

(3)余磁測量:如工件退磁后的退磁效果檢測。

 

(4)漏磁測量:如喇叭漏磁測量。

 

(5)環(huán)境磁場測量

選型

高斯計的選型先應從測量對象入手，考慮以下幾個方面:

 

a、磁場類型:磁場分為直流磁場和交流磁場兩種，永磁材料磁場強度應選用直流高斯計測量;

 

b、儀器量程:明確被測對象的大概磁場范圍，選擇儀器的量程范圍應大于被測量磁場;

 

c、測量度:指儀器的分辨率，如分辨率是 1Gs 或者 0.1Gs 等;

 

d、探頭選擇:通常儀器生產廠家的測試探頭都有多種不同規(guī)格，以滿足各種不同測試要求，測量表面磁場強度通常不需要考慮探頭規(guī)格。

 

①氣隙磁場測量:應訪考慮探頭的尺寸大小，如探頭尺寸大于被測氣隙，則無法進入到被測的氣隙中，從而無法使用;

 

②探頭方向選擇:探頭方向分橫向和軸向兩種，用戶在探頭選擇時應根據被測對象考慮選擇適應的探頭;

 

③探頭連接線:儀器生產廠家探頭線纜的長度通常是固定的，如有特殊測量要求，需延長或縮短探頭線時，應向廠家提出。高斯計

 

e、供電方式:臺式高斯計通常采用交流 220V 供電，便攜式高斯計采用電池供電。

 

f、功能選擇

 

①常規(guī)功能:性判斷、大值鎖定等;

 

②便攜性:如需戶外操作或現場測量，可選擇便攜性較好的掌上高斯計(便攜式)，此類儀器體積小，重量輕，采用電池供電;

 

③生產線快速測量:儀器具有上、下限設置及報警功能;

 

④交流磁場測量:用于測量低頻( 1 - 400Hz )交變磁場強度的大小;

 

注意事項

一:高斯計使用方法

 

1.連接好霍爾頭和儀器

 

2.開機:按POWER電源按鈕，接通電源。

 

3.按紅色按鈕選擇對應量程。

 

4.零點校對:用一字螺絲刀調節(jié)儀器背部 的"調零"。

 

5.磁場測試，單位為毫特斯拉。顯示"-"是則探頭對著N。

 

6.紅色按鈕為量程，按下時為2000mT，否則為200mT。

 

7.測量時用霍爾芯片接觸磁鋼表面，測試結果接近于實際值，用基板面測量，測試結果偏低。

 

二:儀器校準

 

將霍爾頭置于標準磁場中，用一字螺絲刀調節(jié)儀器背部"校準"電位器，直到和標準磁場數值一致。

 

注意:霍爾頭基板刻度在測量時對著自己，方向垂直于測量平面。